(57)【要約】  電気開閉装置の閉路時点を決定するための方法および装置。電気開閉装置が遮断器リンク（１）を有し、該遮断器リンク（１）により第１線路区域（２）と第２線路区域（３）が接続・分離可能である。閉路時点を決定するために第１線路区域（２）において駆動電圧（Ａ）の時間的推移を求め、更に、第２線路区域（３）内で生じる振動電圧（Ｂ、Ｂ１）の時間的推移を求める。合成電圧（Ｃ、Ｃ１）の電圧零通過時に可能な閉路時点が求められる。可能な閉路時点の選択は駆動電圧（Ａ、Ａ１）および振動電圧（Ｂ、Ｂ１）の上昇又は振動電流（Ｄ）の極性を評価しながら行う。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動電圧（Ａ１）を印加される第１線路区域（２）と開閉装置の遮断過程後に振動回路を形成する第２線路区域（３）との間に配置された遮断器リンク（１）を備えた電気開閉装置の閉路時点を決定するための方法において、
電気開閉装置の遮断過程後に駆動電圧（Ａ１）の時間的推移を求め、
電気開閉装置の遮断過程後に振動回路中に現れる振動電圧の時間的推移を求め、
駆動電圧（Ａ１）と振動電圧（Ｂ１）との差に一致した合成電圧（Ｃ１）の時間的推移を求め、
駆動電圧（Ａ１）の少なくとも１つの上昇と振動電圧（Ｂ１）の少なくとも１つの上昇を評価し、合成電圧（Ｃ１）の上昇と時間的推移とに応じて閉路時点を確定することを特徴とする方法。
【請求項２】
駆動電圧（Ａ）を印加される第１線路区域（２）と開閉装置の遮断過程後に振動回路を形成する第２線路区域（３）との間に配置された遮断器リンク（１）を備えた電気開閉装置の閉路時点を確定するための方法において、
電気開閉装置の遮断過程後に駆動電圧（Ａ）の時間的推移を求め、
電気開閉装置の遮断過程後に振動回路中に現れる振動電圧（Ｂ１）の時間的推移を求め、
電気開閉装置の遮断過程後に振動回路を流れる振動電流（Ｄ）の時間的推移を求め、
駆動電圧（Ａ）と振動電圧（Ｂ）の差に一致した合成電圧（Ｃ）の時間的推移を求め、
駆動電圧（Ａ）の少なくとも１つの上昇と振動電流（Ｄ）の少なくとも１つの極性を評価し、駆動電圧（Ａ）の少なくとも１つの上昇と振動電流（Ｄ）の少なくとも１つの極性と合成電圧の時間的推移とに応じて閉路時点を確定することを特徴とする方法。
【請求項３】
閉路時点が合成電圧（Ｃ、Ｃ１）の零通過点の近傍にあることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
合成電圧（Ｃ１）の零通過点の近傍を閉路時点に選択し、この零通過点において駆動電圧（Ａ１）と振動電圧（Ｂ１）が同一方向の上昇を有することを特徴とする請求項１又は３記載の方法。
【請求項５】
合成電圧（Ｃ）の零通過点の近傍を閉路時点に選択し、この零通過点において駆動電圧（Ａ）が負の上昇、振動電流（Ｄ）が正の極性を有するか、或いは駆動電圧（Ａ）が正の上昇、振動電流（Ｄ）が負の極性を有することを特徴とする請求項２又は３記載の方法。
【請求項６】
振動電流が補償リアクトル（６、８、９）を流れることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
振動電圧（Ｂ、Ｂ１）および／又は振動電流（Ｄ）の時間的推移をプロニー法によって求めることを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の方法。
【請求項８】
遮断過程後に遮断器リンク（１）上に印加される電圧が合成電圧（Ｃ、Ｃ１）に一致することを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の方法。
【請求項９】
閉路時点を決定するとき開閉装置の過渡放電特性を考慮することを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の方法。
【請求項１０】
振動電圧（Ｂ、Ｂ１）および／又は振動電流（Ｄ）の減衰進行時に合成電圧（Ｃ、Ｃ１）の任意の零通過点の近傍に閉路時点を確定することを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の方法。
【請求項１１】
閉路時点を電気開閉装置の閉路過程用に利用することを特徴とする請求項１乃至１０の１つに記載の方法。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の１つに記載の方法を実施するための装置において、この装置が、駆動電圧および振動電圧の上昇および／又は振動電流の極性を比較するための機構（１２）を有することを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動電圧を印加される第１線路区域と開閉装置の遮断過程後に振動回路を形成する第２線路区域との間に配置された遮断器リンクを備えた電気開閉装置の閉路時点を決定するための方法と装置に関する。
【０００２】
Lobos, T.、Rezmer, J.、Koglin, H.-J.の論文"Analysis of Power System Transients Using Wavelets and Prony Method"、Power Tech Proceedings、2001 IEEE Porto、２００１年９月１０〜１３日によれば、送電網における電圧の品質の重要性が益々高まっている。交流電圧の波形は理想的には正弦波状であり、所定の周波数および振幅で振動する。しかし開閉過程のとき誘導素子および／又は容量素子によって過渡過電圧が発生することがある。このような過渡過電圧は、理想的交流電圧の定格周波数および定格振幅に重なり、所望の電圧推移を乱す。
【０００３】
閉路動作はしばしば、過電圧発生の原因となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで本発明の課題は、送電網中に過渡過電圧又は振動現象が発生するのを制限する閉路時点を決定する方法と装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
冒頭に指摘した種類の方法においてこの課題は、本発明によれば、電気開閉装置の遮断過程後に駆動電圧の時間的推移を求め、電気開閉装置の遮断過程後に振動回路中に現れる振動電圧の時間的推移を求め、駆動電圧と振動電圧の差に一致した合成電圧の時間的推移を求め、駆動電圧の少なくとも１つの上昇と振動電圧の少なくとも１つの上昇を評価し、合成電圧の上昇と時間的推移とに応じて閉路時点を確定することで解決される。
【０００６】
更にこの課題は、本発明によれば、電気開閉装置の遮断過程後に駆動電圧の時間的推移を求め、電気開閉装置の遮断過程後に振動回路中に現れる振動電圧の時間的推移を求め、電気開閉装置の遮断過程後に振動回路を流れる振動電流の時間的推移を求め、駆動電圧と振動電圧との差に一致した合成電圧の時間的推移を求め、駆動電圧の少なくとも１つの上昇と振動電流の少なくとも１つの極性を評価し、駆動電圧の少なくとも１つの上昇と振動電流の少なくとも１つの極性と合成電圧の時間的推移とに応じて閉路時点を確定することによっても解決される。
【０００７】
生成する合成電圧は、振動回路中に含まれたコイル、コンデンサ等の部品の故に駆動電圧よりもかなり高い電圧振幅を示すことがある。これは特に、インダクタンスとキャパシタンスが時間遅延を引き起こすエネルギ蓄積素子であることに起因する。組合せが不都合であると、ピーク値の著しい上昇が起こる。この高い電圧ピークは絶縁システムに不利に作用する。絶縁材は誘電的に定格条件下より強く負荷される。その結果、絶縁材の劣化が早まる。こうして、特にケーブル等の固体絶縁線路区域では寿命が損なわれる。極端な場合、線路にフラッシオーバが生じるまでに電圧ピークが高まることがある。フラッシオーバは、例えば屋外絶縁架空線路の保持絶縁体に部分放電又は破壊として現れる。しかしかかる現象はケーブル等の固体絶縁システムにおいて特に不利である。それは、この場合回復不能な損傷が生じ得るからである。従って、合成電圧の時間的推移は電気開閉装置の閉路時点を確定する上で主要な判定基準である。付加的に、駆動電圧の上昇、即ち傾斜勾配と振動回路中に生じる振動電圧の傾斜勾配とを考慮することで、閉路時点を最適化できる。特定時点における合成電圧の推移を観察し、同じ時点の振動電圧又は駆動電圧の推移を評価する。駆動電圧又は振動電圧の上昇と合成電圧の時間的推移とに応じて、過電圧の発生を特に効果的に制限する閉路時点を確定し得る。駆動電圧と振動電圧の上昇を評価する他に、合成電圧の推移において閉路時点を確定するための選択判定基準として駆動電圧の上昇（傾斜勾配）と振動電流の極性を利用することも基本的に可能である。これが可能なのは、振動回路中に生じるインピーダンスに依存し、振動電流を駆動する振動電圧を式ｉ＝Ｃ（ｄｕ／ｄｔ）とｕ＝Ｌ（ｄｉ／ｄｔ）を用いて相互に連結し得るからである。
【０００８】
駆動電圧、振動電圧および合成電圧又は振動電流の時間的推移を求めるのに様々な方法が利用できる。例えば所要のパラメータの時間的推移を検出すべく、第１線路区域と第２線路区域とに各々測定機構を配置し得る。このため相応する線路区域で、例えば変圧器又は変流器を利用できる。変流器又は変圧器の数を制限すべく単一の変流器又は変圧器のみを使用でき、それらのデータから各々、欠落した電流推移又は電圧推移を計算できる。
【０００９】
相応に装備した設備の場合、こうしてリアルタイムでデータを収集し、相応する電圧／電流推移を求め、閉路時点を確定し得る。電圧の上昇は、例えば問題となる時点での時間的推移の微分にて検出できる。任意のほぼ全ての時点について第１導関数を求め、こうして駆動電圧又は振動電圧の上昇を求めることは、電子計算機では最短の時間で可能である。この上昇を定量的に求め、こうして或る時間間隔から次の時間間隔へと上昇推移の傾向を容易に求め得る。しかし、上昇を専ら定性的に評価することもできる。即ち、正の上昇又は負の上昇を評価し、又は特定の限界値を上回り又は下回ることを評価するようにしてもよい。電流の極性も同様に定量的に評価可能である。即ち、振動電流の値を絶対値および位相に関して求めることもできる。しかし更に、存在する振動電流が特定時点に正値又は負値を有するか否かについて判断するだけでもよいこともある。
【００１０】
本発明の有利な１構成では、更に閉路時点が合成電圧の零通過点の近傍にあるようにすることができる。
【００１１】
大規模な設備では、駆動電圧としてしばしば単数又は複数の交流電圧が利用され、複数の交流電圧は共通するシステム内で互いに位相がシフトしている。互いに関連し合った複数の交流電圧を有するシステムは、多相交流電圧システムとも称される。第１線路区域に電圧を印加する駆動電圧は代表的には定周波数を有する。工業的に利用されるのは特に１６＋２／３Ｈｚ、５０Ｈｚ、６０Ｈｚおよびその他の周波数範囲である。振動回路に含まれた蓄積素子又は時間遅延素子によって引き起こされる振動回路における重なり現象の故に、振動電圧は駆動電圧とは異なる周波数および異なるピーク絶対値を持ち得る。合成電圧の零通過点の領域に、各々閉路過程時に最小の過電圧を想定できる。それ故、合成電圧の零通過点を好ましい閉路時点として選択する。
【００１２】
更に、合成電圧の零通過点の近傍を閉路時点に選択し、この零通過点において駆動電圧と振動電圧が同一方向の上昇を有するようにするのが有利である。
【００１３】
他の有利な１構成では、合成電圧の零通過点の近傍を閉路時点に選択し、この零通過点において駆動電圧が負の上昇、振動電流が正の極性を有し、或いは駆動電圧が正の上昇、振動電流が負の極性を有するようになし得る。
【００１４】
合成電圧は比較的多数の電圧零通過点を有する。その際、これらの電圧零通過点の幾つかは他のものよりも好ましい閉路時点であることが判明した。合成電圧の最も好ましい電圧零通過点を選択するための判定基準は駆動電圧の上昇と振動電圧の上昇である。駆動電圧の上昇と振動電圧の上昇が合成電圧の零通過時点に同じ方向を有する場合、この零通過点は閉路時点として特別適している。その際、同じ上昇は駆動電圧と振動電圧が各々正の上昇又は各々負の上昇を有することを意味する。更に、上昇の数的絶対値も評価に一緒に含めることができ、これにより閉路時点の一層正確な確定を行える。
【００１５】
振動回路中で振動電圧とこの振動電圧によって駆動される振動電流は互いに関連し、計算上互いに変換できるので、振動電圧の上昇を評価する代わりに振動電流の極性を評価してもよい。特別適した閉路時点は、駆動電圧が負の上昇、振動電流が正の極性を有する合成電圧の零通過点、或いは駆動電圧が正の上昇、振動電流が負の極性を有する合成電圧の零通過点である。振動電圧の評価を振動電流に切り換えると、極性の評価に切り換わる。と言うのは、振動回路中に含まれたインダクタンス又はキャパシタンスの故に交流電圧システムの内部に電流推移と電圧推移との間で約９０度の位相差が生じているからである。
【００１６】
他の有利な１構成では、振動電流が補償リアクトルを流れるようになし得る。
【００１７】
送電網では例えば架空線路が利用される。高圧を送る架空線路と架空線路の下にある地電位との間にコンデンサが形成される。このため架空線路はコンデンサとして働き、相応する充電電力が架空線路に入り込むことがある。この充電電力を制限すべく、架空線路中に所謂補償リアクトルを配置し得る。これら補償リアクトルは相応するインダクタンスを有するコイルであり、架空線路によって生じた容量性負荷を補償する。これらリアクトルは様々に構成でき、例えば必要なら大地に接続でき、又はそのインダクタンスも変更可能である。リアクトルは架空線路の初端と終端とに開閉可能に設置すると有利である。このような構成は地中ケーブル網でも現れることがあり、そこでは電気導体とケーブル外装との間に相応する容量性のインピーダンスが生じる。第２線路区域における振動電流の値は補償リアクトルによって決定される。実際に存在する部材と使用される導体材料から決まるオーム抵抗とに基づき、実効抵抗損やヒステリシス損等を生じ、第２線路区域における振動電流又は振動電圧が減衰される。
【００１８】
他の有利な変更態様では、振動電圧および／又は振動電流の時間的推移をプロニー法によって求めることができる。
【００１９】
開閉装置が閉路されている状態では、遮断器リンクは閉じている。駆動電圧を有する第１線路区域は電流を第２線路区域内に流す。駆動電圧は、例えば発電所内で発電機によって生成される。印加した駆動電圧に基づき、電圧は第２線路区域にも伝搬する。第２線路区域には一般的には負荷が接続されている。負荷は、例えばモータやヒータであり、又は工業的需要家等の系統一式でもあり、又は数多くの家庭でもあり得る。遮断過程後、駆動電圧はなお第１線路区域にのみ存在する。それは、遮断器リンクが開路しており、駆動電圧はもはや第２線路区域に伝搬できないからである。第１線路区域には代表的には発電設備、例えば相応する発電機や発電所を備えた駆動電源網が設けられている。第２線路区域には、遮断器リンクの急激な分離とそれと結び付いた時間的変化とによるオーム成分、誘導成分又は容量成分を含むその構成に相応して、振動電流を駆動する振動電圧が生じる。駆動電圧の時間的推移を求めることは比較的簡単である。と言うのは、固定した電源網を出発点とすることができ、駆動電圧が、ほぼ一定に留まるからである。振動回路内の振動電流又は振動電圧の推移を求めることはやっかいである。相応する時間的推移を得るために、短い間隔の内部で求めた測定値から、将来の１つ又は複数の時間間隔について信頼できる推移予測を事前に求めるのが望ましい。このために例えばプロニー法を利用できる。
【００２０】
プロニー法は、他の方法、例えばラプラス変換に対し、僅かな数の測定値から他の電圧推移又は電流推移について比較的正確な予測が可能である利点を持つ。
【００２１】
プロニー法は、フーリエ変換と比較して既存の電圧、および／又は電流データのサンプリング時間が予想される基本振動に左右されないので、制御された閉路を実現するのに特別適している。更に、プロニー法を使用すると、個々の周波数成分の位相シフトと減衰を任意に把握できる。プロニー法を応用するには、電気網内でまず様々な時点に存在する電圧および／又は電流データを求めねばならない。これは、任意の正弦波状事象又は指数関数的な減衰事象のＮ個の総合的データ点ｘ［１］、…ｘ［Ｎ］から出発する。これらデータ点は等距離データ点でなければならない。このサンプリング過程は、ｐ個の指数関数の加算によって表現し得る。
【００２２】
【数１】
2008529227.tif 000003
【００２３】
式中、Ｔはサンプリング周期（ｓ）、Ａkは複素指数の振幅、αkは減衰係数（ｓ-1）、ｆkは正弦波振動の周波数（Ｈｚ）、θkは位相シフト（ラジアン）である。実際にサンプリングした推移の場合、複素指数は同じ振幅の共役複素対に分かれる。これは、１≦ｎ≦Ｎについて式（２．１）を簡約して
【００２４】
【数２】
2008529227.tif 000004
とする。指数関数ｐの数が偶数であると、ｐ／２個の減衰された余弦関数が存在する。
【００２５】
数が奇数であると、（ｐ−１）／２個の減衰された余弦関数と、ごく弱く減衰された指数関数が存在する。
【００２６】
式（２．１）の一層簡単な表現は、パラメータを時間に依存するものと時間に依存しないものとに要約することによって得られる。
【００２７】
【数３】
2008529227.tif 000005
【００２８】
パラメータｈkは複素振幅であり、時間に左右されない定数を意味する。複素指数ｚkは時間依存パラメータである。
【００２９】
実際の過程を加算によって模擬できるようにするために、Ｎ個のサンプリングされたデータ点の平均平方誤差ρを最小にすることが不可欠である。
【００３０】
【数４】
2008529227.tif 000006
【００３１】
この最小化はパラメータｈk、ｚk、ｐを考慮して行う。そのことから、指数関数の数ｐが既知である場合でも、困難な非線形問題が生じる［Marple, Lawrence：Digital Spectral Analysis．London：Prentice-Hall International、1987参照］。１つの可能性は反復解法（ニュートン法）であろう。しかしながらこれは大きな計算容量を前提とする。何故ならばしばしば、データ点の数よりも大抵大きいマトリックスを反転させねばならないからである。この問題を効率的に解決するのに役立つプロニー法は解決のために線形方程式を利用する。この方法では、多項式因数分解を利用して指数関数の非線形性が考慮される。この種の因数分解用には高速解アルゴリズムが存在する。
【００３２】
プロニー法
或る推移を近似するには、パラメータを明確に決定すべく多くのデータ点を記録することが不可欠である。これは、各々ｘ［１］、…、ｘ［２ｐ］の複素データ点が最小限必要であることを意味する。
【００３３】
【数５】
2008529227.tif 000007
【００３４】
ｙ［ｎ］の代わりにｘ［ｎ］が使用されたことに注意すべきである。これが行われるのは、正確に２ｐの複素データ点が必要とされ、これは２ｐの複素パラメータｈk、ｚkを有する指数モデルに対応しているからである。この関係は式（２．６）において平方誤差の最小化によって表現される。
【００３５】
プロニーアルゴリズムの目標が式（２．８）に表現された。１≦ｎ≦ｐについて式の詳細な表現が式（２．９）に表現されている。
【００３６】
【数６】
2008529227.tif 000008
【００３７】
行列内部の要素ｚが既知であると、複素振幅ベクトルｈを計算することのできる複数の線形方程式が明らかとなる。
【００３８】
解法の糸口として、式（２．８）が定係数を持つ同次線形差分方程式の解であると仮定する。解決のための相応する方程式を見出すべく、最初にｐ次の多項式φ（ｚ）を定義する。
【００３９】
【数７】
2008529227.tif 000009
【００４０】
決定すべきパラメータｚは、多項式の零点を表す。
【００４１】
多項式を加法として表現することは、代数学の基本定理（式２．１１）を利用して行われる。係数ａ［ｍ］は複素であり、ａ［０］＝１が定義される。
【００４２】
【数８】
2008529227.tif 000010
【００４３】
式（２．８）の添字をｎからｎ−ｍに変更し、パラメータａ［ｍ］を掛けることによって次式が得られる。
【００４４】
【数９】
2008529227.tif 000011
【００４５】
単純な積（ａ［０］ｘ［ｎ］、…、ａ［ｍ−１］ｘ［ｎ−ｍ＋１］）を形成し、これを加算すると、式（２．１２）から次式が得られる。
【００４６】
【数１０】
2008529227.tif 000012
【００４７】
式（２．１３）の右辺を変換することによって次式が得られる。
【００４８】
【数１１】
2008529227.tif 000013
【００４９】
代入ｚin-m-1＝ｚin-pｚip-m-1によって次式が得られる。
【００５０】
【数１２】
2008529227.tif 000014
【００５１】
加法の右側部分に式（２．１１）の多項式が再び認められる。全ての根ｚkを算定することによって、求める零点が得られる。式（２．１５）は求める線形差分方程式であり、その解が式（２．８）である。多項式（２．１１）は差分方程式についての特性方程式である。
【００５２】
ｐ個の方程式は、式（２．１５）を解くａ［ｍ］の許容値を表す。
【００５３】
【数１３】
2008529227.tif 000015
【００５４】
式（２．１６）中にｐ個の未知数が存在する。行列ｘはｐ＋１の行と列とからなる。つまり式（２．１６）は優決定系である。解ベクトルを得るために行列ｘの上側行が、そして既知の係数ａ［０］も、削除され、第１列が減算される。
【００５５】
【数１４】
2008529227.tif 000016
【００５６】
ｐ個の方程式からｐ個の未知数を算定することができる。
【００５７】
こうしてプロニー法は３つのステップにまとめ得る。
【００５８】
式（２．１７）の解  ⇒  多項式（２．１１）の係数を獲得
【００５９】
多項式（２．１１）の根の計算  ⇒  式（２．８）から時間依存パラメータｚkを獲得⇒  ｚから減衰および周波数の計算
【００６０】
【数１５】
2008529227.tif 000017
【００６１】
式（２．９）の作成  ⇒  ｈを解く  ⇒  振幅および位相シフトの計算
【００６２】
【数１６】
2008529227.tif 000018
【００６３】
将来の時間推移を推定するのに個々のパラメータを算定するのは不可欠ではない。入力信号の更なる推移を「予言」することはパラメータｚk、ｈkと、式（２．８）と、推定すべき時間範囲を表す変量ｎの変化とによって可能である。サンプリングに対して推定の時間ステップ幅を変更する場合、以下のパラメータ、減衰量、周波数、振幅および位相シフトは明確に算定しなければならない。
【００６４】
電流推移および／又は電圧推移の分析にとってプロニー法の他の利点は、プロニー法が高周波数過程にも応用可能なことである。高周波数過程とは、１００〜７００Ｈｚの範囲で振動する過程である。動作周波数範囲は２４〜１００Ｈｚの周波数を含む。２４Ｈｚは低周波数と理解される。高周波数過程は、例えば開閉装置の開閉時に生じる。高周波数成分が基本振動に重なる。
【００６５】
更に有利には、求めた電圧データおよび／又は電流データを処理するのに修正プロニー法を使用するようにすることができる。
【００６６】
修正プロニー法は最尤法（Maximum Likelihood Principle、ガウスの最小２乗法に類似）と類似性を有する。計算するとき固定されたｐ（指数関数の数、上記参照）から出発する。計算中に反復法を実行し、これにより、事前算定した電圧推移および／又は電流推移の精度を最適化する。最適化の許容限界を確定することによって事前算定の精確度は変更可能である。これにより、必要に応じて所要の演算時間を減らし得る。修正プロニー法はOsborne, Smyth：A modified Prony Algorithm for fitting functions defined by difference equations、SIAM Journal of Scientific and Statistical Computing、Vol. 12、362−382、March 1991で詳しく紹介されている。修正プロニー法は、電気エネルギ網から求めた電圧データおよび／又は電流データに含まれる「雑音」に対して鈍感である。このような「雑音」は、電圧データおよび／又は電流データを検出するのに実際の構成要素を使用するとき不可避である。このような障害は極端に多大な努力でのみ最小に減らし得る。修正プロニー法を使用すると、入力信号の「雑音」に対して堅牢であるので、電気網中に存在する電圧データおよび／又は電流データを検出するのに安価な測定器が利用可能となる。
【００６７】
プロニー法を用いて電圧データおよび／又は電流データを自動的に処理する手段を有する前記方法を実施するための装置を設けることができる。
【００６８】
検討する過程は数ミリ秒の間隔内に経過するので、電圧データおよび／又は電流データを自動的に処理する手段を備えた装置が有利であると実証された。この自動処理を特別迅速に実行すべく、自動処理手段が配線式プログラムで実施するようになし得る。このような回路は、特定用途向け集積回路"ＡＳＩＣ"として知られている。しかし十分に迅速な自動処理手段が使用可能なら、これらの手段をストアドプログラマブルに実施しておくことができる。このようなストアドプログラマブル自動処理手段は、再プログラミングにより、変化する境界条件に簡単に適合可能である。
【００６９】
他の有利な１構成では、遮断過程後に遮断器リンク上に印加される電圧が合成電圧に一致するようになし得る。
【００７０】
遮断器リンクは閉路過程又は遮断過程に、各々理想的には無限に大きなインピーダンスから無限に小さなインピーダンス又はその逆へのインピーダンス変化を極力迅速に引き起こさねばならない。この変化は理想的には急激に起きるべきである。しかし実際の工業的システムではそうでない。高電圧分野で利用される開閉素子は互いに相対的に移動可能な接触子を備えており、接触子は絶縁ガスの内部にある。この絶縁ガスは有利にはＳＦ6であり、高い圧力下にある。閉路過程では、例えば互いに相対的に移動可能な接触子が電気的に接触する前に既に過渡放電が始まる。遮断過程時には、互いに相対的に移動可能な接触子の物理的分離後に生じ得る遮断アークの消弧後に一定の回復時間が必要であり、この時間中に、接点ギャップ内に形成される汚染された消弧ガスが接点ギャップ部から除去され、汚染されていない絶縁ガスに置換される。
【００７１】
遮断器リンク上に生ずる合成電圧は、遮断器リンクの片側に印加される駆動電圧と遮断器リンクの反対側に印加される振動電圧とから生じる。上述のように振動回路中に振動過程の発生時に時間遅延が発生するので、駆動電圧の定格電圧が推測させるよりもかなり高い電圧絶対値が遮断器リンク上に発生し得る。それ故に、電気開閉装置の遮断器リンク上に生じる合成電圧は、電気開閉装置の閉路時点を確定するのに役立つ主要な値である。電圧上昇も電気開閉装置によって確実に制御せねばならない。
【００７２】
更に、閉路時点の算定時、開閉装置の過渡放電特性を考慮すると望ましい。
【００７３】
有利な閉路時点を確定するのと並んで、実際の開閉装置が過渡放電特性を有することに注意せねばならない。互いに相対的に移動可能な２つの接触子が接触する前に、接触子の間にある絶縁媒体がアークにより破壊される。遮断器がどのように過渡放電傾向にあるのかは、構造と開閉運動の推移とに依存する。理想的には、この過渡放電は生じてはならない。即ち、各々適切に制御された接触時点に接触子の機械的接触と電気回路の閉路が起きる。しかしこの理想的状態は実際には達成できず、開閉装置についていわゆる過渡放電特性曲線が存在する。この特性曲線は一定の勾配を有し、場合によっては特性曲線と電圧推移との間の交点を認識させる。この時点に、接触子がまだ電気的に接触していないときにも過渡放電は起きる。
【００７４】
他の有利な１構成では、振動電圧および／又は振動電流の減衰進行時に合成電圧の任意の零通過点の近傍に閉路時点を確定するようになし得る。
【００７５】
振動回路中に含まれたコンデンサ、コイル、オーム抵抗等の実際の部品の故に、振動回路中で振動電圧又は振動電流の減衰が起こる。測定技術的検出がもはや有意義には可能でなくなる程に減衰が強い場合、振動電圧又は駆動電圧の上昇の評価又は振動電流の極性の評価は省き得る。その場合、迅速な閉路を可能とすべく、合成電圧の零通過点にのみなお照準を合せ、合成電圧の次に可能な零通過時点に閉路する。振動電圧又は振動電流の減衰が進行する場合には、電気開閉装置の遮断器リンク上での電圧上昇の作用は無視できる。
【００７６】
更に、閉路時点を電気開閉装置の閉路過程用に利用する有利である。
【００７７】
送電網で利用する所謂保護装置は、故障発生時に電気開閉装置の遮断過程を自動的に開始させる。しばしばこれら遮断過程は、散発的に発生する故障により引き起こされる。散発的に発生する幾つかの故障は迅速な再閉路を可能とする。代表的な散発性故障は、例えば架空線路の領域に現れる。対象物、例えば樹木の枝が線路に短絡を引き起こす。しかし短絡を引き起こす事象は持続時間が短く、故障の消滅後（線路と枝の間の空気絶縁が回復し、短絡事象が終了後）、線路の再閉路を行える。かかる閉路は自動再閉路（ＡＷＥ）としても知られている。この自動再閉路は３００乃至約５００ｍｓの時間間隔内に実行される。即ち、電気開閉装置の遮断発生直後、最大３００（５００）ｍｓの時間内に開閉装置の自動再閉路が開始される。間隔が比較的短いので、その際に形成される振動回路の内部に高い振動電圧又は振動電流が生じることがある。特に自動再閉路又は遮断発生直後の開閉装置の閉路にとって、電気開閉装置の遮断器リンクでの電圧上昇に基づくフラッシオーバを避けるために好適な閉路時点を検出することが重要である。過電圧を限定する電気開閉装置の抵抗器はもはや必要でなくなるか、或いは抵抗器は小さく寸法設計し得る。
【００７８】
本発明は更に、冒頭に指摘した方法を実施するための装置にも関する。
【００７９】
本発明の課題はここでは、閉路時点の選択を可能とする装置を提供することである。
【００８０】
この課題は本発明によれば、請求項１乃至１１に記載の方法を実施するための装置において、この装置が駆動電圧および振動電圧の上昇および／又は振動電流の極性を比較するための機構を有することによって解決される。
【００８１】
駆動電圧および振動電圧の上昇又は振動電流の極性を比較するための機構は、合成電圧の電圧零通過時点に可能な閉路時点を単純に選択することを可能とする。この比較の結果は、例えば或る閉路過程を許容するか否かに関するイエス又はノー決定となし得る。
【００８２】
本発明の実施例を図に略示し、以下で詳しく説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８３】
図１は周波数５０Ｈｚの交流電圧の正弦波状推移を例示的に示す。過電圧の発生を防止すべく、誘導負荷は各々正弦波状電圧推移の電圧極大で極力開閉すべきである（時点５ｍｓ、１５ｍｓ）。それに対し容量性負荷は、コンデンサでの充電過程を避けるために各々電圧零通過中に開閉すべきである（時点０ｍｓ、１０ｍｓ、２０ｍｓ）。
【００８４】
実際の送電網では、例外的事例においてのみ、正弦波状電圧推移の理想的発生を観察することができる。
【００８５】
図２は送電網内部の線路区域の基本構造を示す。電気開閉装置が遮断器リンク１を有する。遮断器リンクは、例えば互いに相対移動可能な２つの接触子で形成されている。第１線路区域２と第２線路区域３は、遮断器リンク１を経て互いに接続又は分離可能である。第１線路区域２が発電機４を有する。発電機４が提供する駆動電圧は、例えば多相電圧システムの５０Ｈｚ交流電圧である。第２線路区域３が架空線路５を有する。架空線路５はその第１末端が第１リアクトル６で地電位７に接続可能、また第２末端が第２リアクトル８を介して地電位７に接続可能である。付加的に、他のリアクトル９を第２リアクトル８に接続できる。様々な開閉機構１０により、様々な変更態様のリアクトル６、８、９が地電位７に接続可能である。この結果負荷状況に依存して架空線路５を様々な程度に補償し得る。例えば架空線路の容量性リアクタンスＸC（ＸC＝（１／ω×ｃ））はリアクトルの誘導性リアクタンスＸL（ＸL＝ｊ×ω×Ｌ）によって過補償、又は不足補償できる。架空線路の容量性リアクタンスＸCと全リアクトルの誘導性リアクタンスＸLresとの比から補償度ｋを求め得る。補償度ｋを調整すべく、リアクトル６、８、９は様々に相互接続可能である。しかし、調整可能な誘導性リアクタンスＸLをリアクトルが有するようにしてもよい。このため、例えばプランジャ形リアクトルが利用できる。
【００８６】
遮断器リンク１の開路後、第２線路区域３で地電位７を介して振動回路が形成できる。第２線路区域３に振動回路を形成するには、開閉機構１０を介して地電位７へと相応する電流路を形成せねばならない。誘導性リアクタンスと容量性リアクタンスとを介して振動回路が形成され、振動電圧により駆動される振動電流はこの振動回路を流れる。
【００８７】
遮断器リンク１上に形成される合成電圧推移を、様々な補償度に関し図３に例示する。補償度がｋ＝０．８である際に生じる特定の周波数推移は多数の電圧零通過点を持つ。この周波数推移はビートを有する。補償度が０．３の際は、相応に異なる周波数推移が生じるが、しかしこの周波数推移はやはり多数の電圧零通過点を有する。
【００８８】
本発明に係る方法を応用すると、過電圧の制限用に従来設けられる閉路抵抗器は小さくでき、又は完全に省き得る。最適な再閉路時点の決定に基づき、一層良好な開閉過程を達成できる。即ち、閉路抵抗器を備えた電気開閉装置を任意に制御して閉路する場合よりも僅かな過渡過電圧が発生する。
【００８９】
図４は、駆動電圧Ａと振動電圧Ｂと合成電圧Ｃと振動電流Ｄとを利用した電気開閉装置の閉路時点の評価と決定とを示す。駆動電圧Ａは一定の周波数と一定の振幅で振動する。第２線路区域３で振動回路中に生じる振動電圧Ｂは、可変である特定の周波数と可変振幅とで振動する。この可変性は、システム内で減衰が現れ、外的影響の付加的重なりが発生することに起因する。第１線路区域２で印加して駆動電圧Ａと、第２線路区域３に生じる振動電圧Ｂとの重なりから合成電圧Ｃの時間的推移が生じる。この合成電圧Ｃは開路した遮断器リンク上に印加される電圧に一致する。図４から明らかな如く、合成電圧Ｃは大幅に変化する振幅で振動し、駆動電圧Ａに対しても振動電圧Ｂに対しても位相ずれがある。可能な閉路時点は合成電圧Ｃの複数の電圧零通過点に存在する。電圧零通過点は理解し易いように合成電圧Ｃの推移中に×印を付けてある。しかし合成電圧Ｃの全ての電圧零通過点が遮断器リンク１の再閉路過程に適しているのではない。図４に示す例では、振動電流Ｄの極性も一緒に選択基準に含められる。理解し易いように振動電流Ｄの極性は振動電流Ｄの電流零通過点の間の相応する間隔内に各々＋又は−の印が付けてある。合成電圧Ｄの第１電圧零通過時には、振動電流Ｄの正の極性と駆動電圧Ａの正の上昇が存在する。即ち、合成電圧Ｃの第１電圧零通過点１は閉路過程に適していない。合成電圧Ｃの第１４電圧零通過時には駆動電圧Ａの負の上昇が存在し、振動電流Ｄは正の極性を有する。即ち、電圧零通過点のうち合成電圧Ｃの第１４電圧零通過点は再閉路過程に特別に適する。ここで、第１、第１４電圧零通過点は，単に例示的に引き合いに出している。更に、遮断器リンク１で閉路過程を引き起こすためになお他の電圧零通過点が特別適することもある。それらの電圧零通過点は図４に示す間隔の内部に、又はこの間隔の外側にもあり得る。
【００９０】
図５は代替的選択方法を示し、Ａ１は駆動電圧の時間的推移、Ｂ１は振動電圧の時間的推移、Ｃ１は遮断器ユニット上の合成電圧を表す。合成電圧Ｃ１は第１線路区域２で印加される駆動電圧Ａ１と第２線路区域側３で遮断器リンク１に印加される振動電圧Ｂ１との間の電位差から生じる。合成電圧Ｃ１の零点通過点がやはり可能な閉路時点である。合成電圧Ｃ１の最も適した電圧零通過点を選択すべく、これらの各時点での上昇（傾斜勾配）が評価される。時点ｔ１では駆動電圧Ａ１も振動電圧Ｂ１も負の上昇を有する。即ち、この時点は再閉路過程に特別適している。時点ｔ２では駆動電圧Ａ１が負の上昇、振動電圧Ｃ１が正の上昇を有する。即ち、時点ｔ２と、この時点に始まる合成電圧Ｃ１の零通過点は再閉路過程に適していない。更に、再閉路過程について合成電圧の他の好適な零通過点又は不適な零通過点が分かるように、合成電圧の他の零通過点は駆動電圧および振動電圧の各々に付属する上昇別に分類することができる。
【００９１】
図６はサンプリングＸ、計算Ｙ、点検Ｚ、再計算Ｕ又は作動時間間隔Ｖの時間的経過を示す。例えば３００乃至約５００ｍｓ内に自動再閉路を実行可能とすべく、合成電圧の電圧推移を予め求め得る。その際、時点ｔ＝０ｍｓに電気開閉装置の遮断器リンクが開路すると仮定する。最初の５０ｍｓ内に、発生する振動電圧の駆動電圧又は振動電流の推移をサンプリングし又は求め、駆動電圧の電圧推移を前提に合成電圧を求める。５０〜１００ｍｓの時間間隔内に振動電圧又は振動電流の将来の推移の計算と、引き続きそれから合成電圧推移の将来の推移を計算する。１００乃至１５０ｍｓの時間間隔内に、振動電圧、振動電流又は合成電圧、駆動電圧の時間的推移に関して計算で求めた値を、既に実際に生じた値と比較する。計算で求めた値を点検用に予定した時間枠内で確認するに際しては、信号推移の正しい予測計算が必要となる。この計算には、例えばプロニー法又は類似の方法が応用できる。時間的推移の予測が間違いと解っても、なお１５０乃至２００ｍｓの時間間隔が利用でき、この時間間隔内で、実際の回路網内で０乃至１５０ｍｓの時間間隔内に求めた電圧推移又は電流推移を用いて将来の電圧推移又は電流推移の再計算を行える。時間間隔が０乃至１５０ｍｓと大きく、こうして測定値が大量にあるので、将来の電流の時間的推移又は電圧の時間的推移の計算が一層正確となる。合成電圧の電圧零通過点と振動電圧および駆動電圧の上昇又は駆動電圧と、発生する振動電流の極性とに応じて、理想的閉路時点を決定し得る。閉路時点に応じ、使用される遮断器リンク１の過渡放電特性を考慮したトリガ信号を出すための時間設定が可能であり、遅くとも３００又は５００ｍｓ後には送電網の内部で電圧の上昇が限定される時点に遮断器ユニットの再閉路が行われる。特別円滑な再閉路が可能なのは、ごく短い間隔（５０ｍｓ以下）の内部で図４、図５に例示した時間的推移が予測されるときである。この予測によって、全ての必要な待機時間又はリード時間を採り入れ得る十分なリード時間をとることが可能となる。例えばトリガ信号の発生からこの信号が電気開閉装置の遮断器リンク１の作動機構に印加されるまでに必要とされる時間を組み込み得る。更に、遮断器リンク１の過渡放電特性も考慮できる。こうしてなお一層精確な同期閉路が可能である。
【００９２】
図７と図８は、各々遮断器リンク１の過渡放電特性１１を示す。ここでは過渡放電特性１１を、特定の勾配を有する線形推移で簡単化して示している。図７は容量性負荷、例えば無負荷ケーブルを閉路する場合を示す。図１に示す如く、容量性負荷は電圧零通過点内で閉路されるべきである。図７では電圧が正弦波状推移を有する。過渡放電特性１１は、電圧推移と過渡放電特性１１との交点が理想的には電圧零通過点に一致するように急峻である。相応的により平坦な過渡放電特性１１ａの場合、過渡放電特性１１ａと電圧推移の交点は概ね５ｍｓの時点にある。即ち、この時点で既に過渡放電が生じ得る。しかしこのため、電流の流れ開始の理想的時点は、電圧零通過点の方にずらされる。従って、容量性負荷の理想的閉路過程用に使用できるのは、比較的急峻な過渡放電特性を有する電気開閉装置である。過渡放電特性１１を有する図７に示す実施例では、接触子と過渡放電の電気的な接触は時点１０ｍｓで生じ、電気開閉装置の殆ど過電圧のない閉路を可能とする。
【００９３】
図８では、誘導負荷を閉路する例を示す。しかし過渡放電特性１１は、過渡放電特性と電圧推移との間の交点が必然的に生じるように急峻である。時点５ｍｓに遮断器リンク１の可動接触子の間にアークが生じ、過渡放電が起こる。時点７．６ｍｓに、互いに相対的に移動可能な接触子の接触が起きる。
【００９４】
本発明に係る方法を利用し、使用する電気開閉装置の過渡放電特性に留意すると、開閉過程時に開閉過電圧の発生は効果的に防止することができる。
【００９５】
図９は本方法を実施するための装置の基本構成を示す。
【００９６】
この装置は、駆動電圧Ａと振動電圧Ｂの上昇を比較するための機構１２を有する。上昇の確定された相互比が現れると信号１３が発生される。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】最適な閉路時点を有する電圧推移の原理図である。
【図２】送電網の略構造を示す。
【図３】２種類の合成電圧の推移を示す。
【図４】様々な電圧および電流の推移を示す。
【図５】様々な電圧の推移を示す。
【図６】将来の電圧推移／電流推移を求めるための時間的経過を示す。
【図７】容量性負荷における過渡放電特性の考慮を示す。
【図８】電気開閉装置の遮断器リンクの誘導負荷における過渡放電特性の利用を例示する。
【図９】電圧推移の上昇を比較するための装置を示す。
【符号の説明】
【００９８】
１  遮断器リンク、２  第１線路区域、３  第２線路区域、４  発電機、５  架空線路、６  リアクトル、７  地電位、８、９  リアクトル、１０  開閉機構、１１  過渡放電特性、１２  比較機構、Ａ  駆動電圧、Ｂ  振動電圧、Ｃ  合成電圧、Ｄ  振動電流
【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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【国際調査報告】
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