(57)【要約】【課題】残留磁束の存在を考慮に入れた上で、効果的な突入電流抑制が可能な開閉器制御装置を得ることを目的とする。【解決手段】投入制御回路１１は、３相リアクトル５の３脚鉄心６の中央脚に対応する第１相の主回路接点３Ｓが第１相の電圧の電圧ピーク時刻で閉路するよう第１相の操作装置４Ｓに投入駆動信号を出力し、第１相の主回路接点３Ｓの閉路後、電圧の３／４サイクル経過した第１相の電圧の電圧零時刻で、両端脚に対応する第２、３相の主回路接点３Ｒ、３Ｔが同時に閉路するよう第２、３相の操作装置４Ｒ、４Ｔに投入駆動信号を出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相鉄心を有する３相リアクトルを３相交流電源に投入する開閉器の投入操作を制御するものであって、
上記開閉器の各相毎の主回路接点、上記各相毎の主回路接点を独立に操作可能な各相毎の操作装置、上記３相交流電源の各相電圧を検出する電圧検出器、および投入指令に基づき、先ず、上記３相鉄心の中央脚に対応する第１相の主回路接点が、上記電圧検出器で検出された上記第１相の電圧の電圧ピーク時刻で閉路するよう上記第１相の操作装置に投入駆動信号を出力し、その後、上記３相鉄心の両端脚に対応する第２、３相の主回路接点が、上記電圧検出器で検出された上記第１相の電圧の電圧零時刻で閉路するよう上記第２、３相の操作装置に投入駆動信号を出力する投入制御回路を備えた開閉器制御装置。
【請求項２】
上記投入制御回路は、上記第１相の主回路接点の閉路後、上記電圧の半周期以降における上記電圧検出器で検出された上記第１相の電圧の電圧零時刻で、上記第２、３相の主回路接点が同時に閉路するよう上記第２、３相の操作装置に投入駆動信号を出力することを特徴とする請求項１記載の開閉器制御装置。
【請求項３】
上記３相リアクトルは、各相脚部に磁気ギャップを有する３相３脚鉄心、および上記各相脚部に巻き回され中性点が接地される３相巻線を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の開閉器制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３相鉄心を有する３相リアクトルを３相交流電源に投入する開閉器の開閉操作を制御する開閉器制御装置に係り、特に、投入時の突入電流を抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
この３相リアクトルを投入する場合の突入電流を抑制するため、従来から投入時の位相制御が適用されている。例えば、特許文献１の実施の形態５では、中性点が接地された３相鉄心からなるスター結線のシャントリアクトルに電源電圧を投入する場合、先ず最初に、第１相（Ｒ相）電源電圧の電圧最大点で第１相を投入し、第１相の投入時刻から１／４サイクル後に第２、３相（Ｓ、Ｔ相）を投入することで、過渡的な現象を抑え、励磁突入電流を抑制するとしている。
【０００３】
【特許文献１】再公表特許ＷＯ００／０４５６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の３相リアクトル投入制御における目標投入位相は、リアクトル鉄心中の残留磁束が零であることを前提に検討されたもので、実際には、若干ながら残留磁束が存在する。しかも、この残留磁束の最大値は、３相鉄心の各相にランダムに出現することから、従来の投入位相制御方式では、突入電流の抑制効果が必ずしも十分ではなかった。
【０００５】
この発明は、以上のような従来の問題点を解消するためになされたもので、残留磁束の存在を考慮に入れた上で、効果的な突入電流抑制が可能な開閉器制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る開閉器制御装置は、３相鉄心を有する３相リアクトルを３相交流電源に投入する開閉器の投入操作を制御するものであって、
開閉器の各相毎の主回路接点、各相毎の主回路接点を独立に操作可能な各相毎の操作装置、３相交流電源の各相電圧を検出する電圧検出器、および投入指令に基づき、先ず、３相鉄心の中央脚に対応する第１相の主回路接点が、電圧検出器で検出された第１相の電圧の電圧ピーク時刻で閉路するよう第１相の操作装置に投入駆動信号を出力し、その後、３相鉄心の両端脚に対応する第２、３相の主回路接点が、電圧検出器で検出された第１相の電圧の電圧零時刻で閉路するよう第２、３相の操作装置に投入駆動信号を出力する投入制御回路を備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
以上のように、この発明では、最初に、３相鉄心の中央脚に対応する第１相の電圧の電圧零時刻で投入されるので、この投入で当該中央脚に発生する磁束は他の２脚に均等に２分されて流れ、残り第２、３相投入時の残留磁束が平均的に減少し、３相全体としての突入電流が抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における開閉器制御装置を適用した電力設備の構成を示す図である。図において、開閉器２Ｒ、２Ｓ、２Ｔを介して３相交流電源１と３相リアクトル５とが接続されており、開閉器２Ｒ、２Ｓ、２Ｔの開閉操作により、３相リアクトル５の３相交流電源１への投入および３相交流電源１からの遮断を行う。各相の開閉器２Ｒ、２Ｓ、２Ｔには、その主回路電流を開閉する主回路接点３Ｒ、３Ｓ、３Ｔおよび主回路接点３Ｒ、３Ｓ、３Ｔをそれぞれ開閉駆動する操作装置４Ｒ、４Ｓ、４Ｔが備えられている。
３相リアクトル５は、各相に磁気ギャップ８Ｒ、８Ｓ、８Ｔを設けた３脚鉄心６を有し、各脚に巻回された巻線７Ｒ、７Ｓ、７Ｔの一端をまとめた中性点９は接地されている。
【０００９】
電圧検出器１０Ｒ、１０Ｓ、１０Ｔは、３相交流電源１の各相電圧を検出し、その出力は電圧検出部１３を経て投入制御回路１１に送り込まれる。
そして、投入制御回路１１は、開閉器２Ｒ、２Ｓ、２Ｔの投入に係る指令Ｑを指令検出部１２を経て受信すると、後段で詳述する演算処理を行い各相の投入時刻を決定し指令出力部１４を経て操作装置４Ｒ、４Ｓ、４Ｔに出力する。
【００１０】
以下、投入制御回路１１の動作、即ち、この発明の実施の形態１における開閉器制御装置の投入位相制御に係る動作について説明する。
図２は、電圧検出器１０Ｒ、１０Ｓ、１０Ｔで検出される３相交流電源１の各相電圧波形を示すと共に、この発明を適用した場合の、望ましい投入点（投入位相）を示している。ここで、第１相（実線で示す）とは、最初に投入する相を示し、第２相（一点鎖線で示す）および第３相（破線で示す）とは、第１相に遅れて互いに同時に投入する他の２相を示す。
この発明では、後段でその根拠を説明するが、３相３脚鉄心６の中央脚に対応する相を第１相とし、図２から分かるように、その電圧ピーク時刻を第１相投入点とする。電圧投入を電圧ピーク時刻で行うのは、電圧の積分値となる磁束の過渡成分を抑えるためでこの点は従来と同様である。この第１相の投入は、図１で示すと、３脚鉄心６の中央脚に巻回された巻線７Ｓに接続された開閉器２Ｓの主回路接点３Ｓを投入することを示す。
【００１１】
図２に戻り、Ｐ１〜Ｐ５は、第２、３相投入点の候補を示す。即ち、第１相投入点から０．５サイクル（半周期に相当）以降３サイクル以内に存在する第１相電圧零時刻が相当する。０．５サイクル以降とするのは、第１相投入以降、他の２相の鉄心脚における残留磁束の直流成分の減衰を待つことで、第２、３相投入時の突入電流の抑制を図るためである。また、３サイクル以内とするのは、第１相の投入時刻からの時間差が余り大きくなると系統運用上支障が出る可能性があるので上限を設定するものである。従って、突入電流を抑制するという観点のみから判断する場合は、この上限の設定は不要である。
【００１２】
次に、従来の場合も含め、投入条件を種々変えた場合のシミュレーション計算に基づく突入電流の比較結果について説明する。なお、計算にあたって、各相鉄心脚の残留磁束は、定格の磁束レベルを１．０ＰＵとして、１つの相の残留磁束の大きさが０．１ＰＵ、残りの２つの相の残留磁束は、上記１つの相の残留磁束と逆極性でその大きさが０．０５ＰＵであるとしている。
先ず図３は、先の特許文献１に紹介された従来の場合で、上段に各相の電圧波形、下段に各相の磁束波形を示す。ここでは、第１相は、３脚の一端（一端脚）に対応する相で、残留磁束は−０．０５ＰＵ、第２相は、３脚の他端（他端脚）に対応する相で、残留磁束は−０．０５ＰＵ、第３相は、３脚の中央（中央脚）に対応する相で、残留磁束は＋０．１ＰＵとしている。
【００１３】
この場合、第１相の負の電圧ピーク時刻で投入、その１／４サイクル後の第１相の電圧零時刻で第２、３相を投入する。図３下段の図で分かるように、第１相の投入で、一端脚の磁束は負の方向でその大きさが増大していく。そして、この一端脚の磁束は、他の中央脚と他端脚とのルートに分岐して流れることになるが、一端脚から見ると、他端脚に比べて中央脚のルートの磁気抵抗が小さいので、一端脚の磁束の１／２よりかなり大きい値の磁束が中央脚に流れることになる。
その結果、第３相の電圧投入時、その中央脚の残留磁束が大きな値になっており、これを反映してシミュレーション結果では、この第３相の投入による最大磁束が１．２１ＰＵと、後述する本願発明の場合より大きくなっている。
【００１４】
次に、図４は、この発明の実施の形態１の場合のシミュレーション結果を示す。ここでは、第１相は、３脚の中央脚で、残留磁束は−０．０５ＰＵ、第２相は、３脚の一端脚で、残留磁束は−０．０５ＰＵ、第３相は、３脚の他端脚で、残留磁束は＋０．１ＰＵとしている。
ここでは、図３と同じく、第１相の負の電圧ピーク時刻で投入、その半周期以降である３／４サイクル後の第１相の電圧零時刻で第２、３相を投入する。図４下段の図で分かるように、第１相の中央脚では、その残留磁束の極性（負性）と電圧印加で増大する磁束の極性（負性）とが一致しているので、最大磁束が、−１．０６ＰＵに達している。一方、他の第２、３相の一端脚および他端脚では、中央脚との磁気的な相対関係が互いに等しいので、中央脚からの磁束がほぼ２等分されて両端脚のルートに流れる。この結果、従来の図３の場合のように、第１相の投入により発生する磁束が、残りの片方の脚に大きく片寄って流れることがない。
【００１５】
更に、第２、３相の投入点を第１相投入点から半周期以降の３／４サイクル後としているので、残留磁束の直流成分がほとんど減衰してなくなり、第２、３相投入点では、第２、３相の磁束の大きさが共に第１相の磁束の大きさのほぼ１／２となる。この状態は、３相全てが投入された定常状態における各相の磁束の大きさの関係に一致するので、結果として、第２、３相投入による磁束の過渡分は発生しない。従って、最初の第１相の投入により中央脚に発生する最大磁束１．０６ＰＵがこのケースの最大磁束となる。
【００１６】
従来の場合（図３）の最大磁束１．２１ＰＵと本発明の場合（図４）の最大磁束１．０６ＰＵとの数値上の差は小さいが、図５に示すように、リアクトルは非線形な励磁特性を有することから、電流で評価すると大きな差となる。即ち、最大磁束１．２１ＰＵになると、突入電流が、最大磁束１．０６ＰＵの場合のそれの約２倍の大きさとなる。換言すると、本願発明により、突入電流が効果的に抑制されるわけである。
【００１７】
実施の形態２．
この発明の理解を深めるため、先の実施の形態１とは異なる条件での投入動作を実施の形態２として説明する。
図６は、各相の残留磁束および第１相投入の条件を先の図４と同一とし、第２、３相の投入条件のみを変更した場合の磁束波形を示す。即ち、ここでは、残留磁束の直流成分の減衰が未だ少ない段階である、第１相投入点から１／４サイクル後の電圧零時刻で第２、３相を投入している。この場合、図から分かるように、上述した、残留磁束の直流成分の影響で、第１相の最大磁束１．０６ＰＵ（図４）を越える、最大磁束１．１２ＰＵが第３相の投入時に発生している。
しかし、第１相を中央脚とした点は図４の場合と変わらないので、第１相の投入で発生した磁束の他相への分流が大きく不均等になる従来の場合（図３）の最大磁束１．２１ＰＵよりかなり小さい値に留まっていることが分かる。
【００１８】
図７は、中央脚を第１相とする点で図４の場合と同様であるが、中央脚の残留磁束が最大である点で図４の場合と異なる条件で投入した場合の磁束波形を示す。即ち、第１相は、３脚の中央脚で、残留磁束は−０．１０ＰＵ、第２相は、３脚の一端脚で、残留磁束は＋０．０５ＰＵ、第３相は、３脚の他端脚で、残留磁束は＋０．０５ＰＵとしている。
この場合、第１相の中央脚では、その残留磁束の極性（負性）と電圧印加で増大する磁束の極性（負性）とが一致しており、更に、その残留磁束が大きいので、最大磁束が、図４の場合より大きい−１．１１ＰＵに達している。
以上のように、最初に投入する第１相の突入電流は当該相の残留磁束に応じて決まった値になることは避けられない。しかし、第１相を、３相鉄心の中央脚に設定することで、当該第１相の投入で発生した磁束の他の２相への分流が均一となり、他の相の投入に伴う最大磁束、従って突入電流を抑制するという、先の図６で説明した本願発明の効果は発揮されるわけである。
【００１９】
また、この発明の各変形例において、投入制御回路は、第１相の主回路接点の閉路後、電圧の半周期以降における電圧検出器で検出された第１相の電圧の電圧零時刻で、第２、３相の主回路接点が同時に閉路するよう第２、３相の操作装置に投入駆動信号を出力するので、第１相投入以降、他の２相の鉄心脚における残留磁束の直流成分が十分減衰し、第２、３相投入時の突入電流が確実に抑制される。
【００２０】
また、３相リアクトルは、各相脚部に磁気ギャップを有する３相３脚鉄心、および各相脚部に巻き回され中性点が接地される３相巻線を備えたので、第１相投入で発生する鉄心中央脚の磁束が他の２相の鉄心両端脚に均等に分流し両磁束が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の実施の形態１における開閉器制御装置を適用した電力設備の構成を示す図である。
【図２】３相交流電源１の各相電圧波形と望ましい投入点（投入位相）を示す図である。
【図３】従来の場合の、電圧投入動作の波形を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１における、電圧投入動作の波形を示す図である。
【図５】リアクトルの励磁特性を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態２における、電圧投入動作の波形を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態２における、図６とは異なる条件での電圧投入動作の波形を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  ３相交流電源、２，２Ｒ，２Ｓ，２Ｔ  開閉器、
３，３Ｒ，３Ｓ，３Ｔ  主回路接点、４，４Ｒ，４Ｓ，４Ｔ  操作装置、
５  ３相リアクトル、６  ３脚鉄心、７，７Ｒ，７Ｓ，７Ｔ  巻線、
８，８Ｒ，８Ｓ，８Ｔ  磁気ギャップ、９  中性点、
１０，１０Ｒ，１０Ｓ，１０Ｔ  電圧検出器、１１  投入制御回路、１２  指令検出部、
１３  電圧検出部、１４  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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