遮断器
【課題】簡便な励磁突入電流の防止機能を有する遮断器を提供する。
【解決手段】遮断器１は、固定接触子２、可動接触子３及び可動抵抗４を備える。固定接触子２は、変圧器ＴＲの１次側端子Ｔ１に電気的に接続される。可動接触子３及び可動抵抗４は、電力系統Ｇに電気的に接続される。固定接触子２と変圧器ＴＲの１次側端子Ｔ１との間には、電圧計Ｖ及び電流計Ａが接続され、その間の電圧値及び電流値を示す信号が遮断器１に送信されるようになっている。遮断器１では、変圧器ＴＲの励磁のときに、可動抵抗４が固定接触子２に接触する。その後、電圧計Ｖ及び電流計Ａからの信号に基づいて、励磁突入電流が収束したと判定したときに、可動接触子３が固定接触子２に接触する。
【解決手段】遮断器１は、固定接触子２、可動接触子３及び可動抵抗４を備える。固定接触子２は、変圧器ＴＲの１次側端子Ｔ１に電気的に接続される。可動接触子３及び可動抵抗４は、電力系統Ｇに電気的に接続される。固定接触子２と変圧器ＴＲの１次側端子Ｔ１との間には、電圧計Ｖ及び電流計Ａが接続され、その間の電圧値及び電流値を示す信号が遮断器１に送信されるようになっている。遮断器１では、変圧器ＴＲの励磁のときに、可動抵抗４が固定接触子２に接触する。その後、電圧計Ｖ及び電流計Ａからの信号に基づいて、励磁突入電流が収束したと判定したときに、可動接触子３が固定接触子２に接触する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励磁突入防止機能を有する遮断器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統内に設置される変圧器では、無負荷励磁時に１次コイルの鉄心に磁気飽和現象が発生し、インダクタンス成分が減少するため、定格電流の数〜数十倍の突入電流が流れる。これにより、変圧器の電位に引きずられて電力系統側に大きな電圧低下が発生し、電力系統から電力供給を受けている需要家の機器に影響を与えることがある。そのため、変圧器の無負荷励磁時に大きな電圧低下の発生が想定される場合には、一時的に直列抵抗を投入できる設備を設けるなどして対策している（特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開平５−１２９１４１号公報
【特許文献２】特開２００２−７５１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、直列抵抗が遮断器に外付けされると、直列抵抗を入切するための遮断器も必要となるため、設備の設置面積が大きくなる。
【０００４】
また、変圧器の励磁突入電流については、投入タイミング、変圧器容量などにより、低下する電圧の大きさや収束するまでの時間が異なるため、シーケンサなどで直列抵抗の入切を制御する設備を使う場合には、設備を設置するごとに制御のタイミングを調整する必要がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、簡便な励磁突入電流の防止機能を有する遮断器を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、電力系統と、変圧器との間に接続される遮断器であって、前記変圧器に接続される第１の導体部と、前記電力系統に接続される第２の導体部と、前記電力系統に接続される、抵抗値を有する抵抗部とを備え、前記第２の導体部が、中空構造を有し、前記抵抗部が、前記中空部分を貫通するように設けられ、前記変圧器を励磁する場合に、前記第２の導体部及び前記抵抗部が前記第１の導体部から離隔した状態から、前記抵抗部が前記第１の導体部に接触した後、前記第２の導体部が前記第１の導体部に接触することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、励磁突入を防止する抵抗部を既存の遮断器に設ける場合に、第２の導体部だけの変更で済む。従って、遮断器内の設備変更を局所化することができるので、設備変更に係るコストや作業時間を抑えることができる。また、励磁突入の防止に際して遮断器のサイズを大きくすることなく、設置面積を抑えることができる。
【０００８】
また、本発明は、遮断器であって、前記抵抗部が、１００〜１０００Ωの抵抗値を有し、前記変圧器を励磁する場合に、前記第２の導体部及び前記抵抗部が前記第１の導体部から離隔した状態から、前記抵抗部が前記第１の導体部に接触した後、前記第１の導体部と前記変圧器との間の電圧値が定格電圧の９０〜１１０％の範囲であり、かつ、前記第１の導体部と前記変圧器との間の電流値が無負荷励磁電流の１００〜１２０％の範囲であるときに、前記第２の導体部が前記第１の導体部に接触することを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、変圧器を励磁する場合に、抵抗値を有する抵抗部が第１の導体部に接触した後、第１の導体部と変圧器との間の電圧値及び電流値から判断して、励磁突入電流が収束したときに、第２の導体部が第１の導体部に接触するので、設備の設置ごとに特別な調整を行うことなく、適切なタイミングで、抵抗部を投入した状態から通常の遮断器入状態に移行することができる。
【００１０】
その他、本願が開示する課題及びその解決方法は、発明を実施するための最良の形態の欄、及び図面により明らかにされる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡便な励磁突入電流の防止機能を有する遮断器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を説明する。本発明の実施の形態に係る遮断器は、励磁突入電流の防止機能を有するものである。
【００１３】
≪遮断器の構造≫
図１は、遮断器の構造例を示す図である。遮断器１は、真空遮断器であり、真空バルブ１０、アーム１１、１２、ロッド１３、１４、機構部１５、１６及び制御部１７を含んで構成される。
【００１４】
真空バルブ１０は、接点間の絶縁耐力が高くなるように内部が高真空に保たれた部分であり、固定接触子（第１の導体部）２、可動接触子（第２の導体部）３、可動抵抗（抵抗部）４、シールド５、ケース６及びベローズ７を備える。固定接触子２は、上の板に固定して設置され、変圧器に電気的に接続される。可動接触子３は、ベローズ７を介して下の板に固定され、横方向には動かないが上下方向には自由に動くようになっており、固定接触子２に随時接触するとともに、電力系統に電気的に接続される。また、可動接触子３は、中空構造を有しており、その中空部分には、可動抵抗４が貫通するように設けられる。
【００１５】
可動抵抗４は、可動接触子３の中空壁に沿って上下方向に自由に動くようになっており、固定接触子２に随時接触するとともに、電力系統に電気的に接続される。可動抵抗４の材料には、例えば、ニクロム１号、ニクロム２号、ニクロタルＬ、鉄クロム１種線、鉄クロム２種線、カンタルＡ１などが用いられる。可動接触子３と、可動抵抗４とは、絶縁していてもよいし、導通していてもよい。可動接触子３と、可動抵抗４とを絶縁させる場合の、絶縁材の材料には、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス（Ｚｎ入り）、石英ガラスなどのガラスや、ステアタイト、フォルステライト、アルミナ、スピネル、ベリリア、マグネシア、酸化チタンなどの磁器が用いられる。
【００１６】
シールド５は、固定接触子２と、可動接触子３及び可動抵抗４との間で発生するアークの金属蒸気や荷電粒子を冷却、凝固させることによって、接点間の絶縁耐力を回復する金属製の遮蔽物である。ケース６は、ガラス又はセラミックで作られ、上下端で金属板と密封するように接合され、真空バルブ１０内部の高真空を維持する。ベローズ７は、下の板に固定されるとともに、可動接触子３を上下方向だけ動くように固定する。
【００１７】
アーム１１は、可動接触子３及びロッド１３に固定され、ロッド１３の上下運動を可動接触子３に伝達する。アーム１２は、可動抵抗４及びロッド１４に固定され、ロッド１４の上下運動を可動抵抗４に伝達する。ロッド１３は、機構部１５の仕組みによって、上下に動く。その動きがアーム１１を介して可動接触子３に伝わり、可動接触子３が上下に動くことで、固定接触子２に接触したり、離隔したりする。ロッド１４は、機構部１６の仕組みによって、上下に動く。その動きがアーム１２を介して可動抵抗４に伝わり、可動抵抗４が上下に動くことで、固定接触子２に接触したり、離隔したりする。
【００１８】
機構部１５は、制御部１７からの制御信号を受信し、受信した制御信号に従ってロッド１３を上下に操作する部分である。機構部１６は、制御部１７からの制御信号を受信し、受信した制御信号に従ってロッド１４を上下に操作する部分である。機構部１５、１６の例は、例えば、特開平９−２３７５５６号公報に開示されている。制御部１７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を有し、外部からの信号（例えば、固定接触子２と変圧器との間の電圧値や電流値を示す信号）などに基づいて、機構部１５、１６に対してロッド１３、１４の上下操作に関する制御信号を送信する。
【００１９】
ここで、可動接触子３及び可動抵抗４をそれぞれ別々に上下に動作させるために、２つの機構部１５、１６を備えるように記載したが、１つの機構部で実現してもよい。例えば、１回目のロッドの押し出しによって可動抵抗４が上に動き、２回目のロッドの押し出しによって可動接触子３が上に動くとともに、ロッドの引き戻しによって可動接触子３及び可動抵抗４がともに下に動くような構造とすることが考えられる。これにより、従来の構成から機構部を増加させることなく、励磁突入電流の防止を図ることができる。
【００２０】
≪遮断器の状態≫
図２は、遮断器が有する３つの状態を示す模式図である。図２（ａ）は、遮断器１が開いた状態、すなわち、遮断器切状態を示す。ここで、遮断器１とその周辺の構成を説明する。まず、遮断器１は、固定接触子２、可動接触子３及び可動抵抗４を備える。固定接触子２は、変圧器ＴＲの１次側端子Ｔ１に電気的に接続される。可動接触子３及び可動抵抗４は、電力系統Ｇに電気的に接続される。固定接触子２と変圧器ＴＲの１次側端子Ｔ１との間には、電圧計Ｖ及び電流計Ａが接続され、その間の電圧値及び電流値を示す信号が遮断器１の制御部１７（図１参照）に送信されるようになっている。電圧計Ｖには、例えば、計器用変圧器（ＰＴ・ＰＤ：Potential Transformer・Potential Device）が用いられ、その二次端子から電圧値を示す信号を取得できる。電流計Ａには、例えば、変流器（ＣＴ：Current Transformer）が用いられ、その二次端子から電流値を示す信号を取得できる。図２（ａ）では、可動接触子３及び可動抵抗４ともに、固定接触子２に接触していないので、変圧器ＴＲの１次側端子Ｔ１に電流が流れておらず、変圧器ＴＲを励磁する前の状態である。
【００２１】
図２（ｂ）は、可動抵抗４が固定接触子２に接触して、変圧器ＴＲの励磁が開始した状態、すなわち、可動抵抗投入状態を示す。この場合、電力系統Ｇからの電流が可動抵抗４及び固定接触子２を経由して変圧器ＴＲの１次側端子Ｔ１に流れるので、１次側端子Ｔ１につながる１次側コイル（図示せず）が励磁されるとともに、可動抵抗４に電圧（電圧値＝励磁突入電流の電流値×可動抵抗４の抵抗値）が印加されるので、１次側端子Ｔ１の電位に引きずられることなく、電力系統Ｇ側の電圧低下が緩和される。なお、可動接触子３と、可動抵抗４とが絶縁している場合には、可動抵抗４全体の抵抗値が有効となる。一方、可動接触子３と、可動抵抗４とが導通している場合には、可動接触子３を通じて電流がバイパスされるので、可動抵抗４のうち、固定接触子２と、可動接触子３との間隔Ｓ分の抵抗値が有効となる。
【００２２】
図２（ｃ）は、可動接触子３及び可動抵抗４が固定接触子２に接触した状態、すなわち、遮断器入状態を示す。この場合、抵抗値０の可動接触子３が固定接触子２に接触するため、電力系統Ｇからの電流が可動接触子３及び固定接触子２を経由して変圧器ＴＲの１次側端子Ｔ１に流れるので、通常と同様に遮断器１が閉じた状態となる。なお、可動接触子３と、可動抵抗４とが絶縁していても、導通していても、可動接触子３を通じて電流がバイパスされるので、可動抵抗４の抵抗値は無効になる。
【００２３】
≪遮断器の処理≫
図３は、遮断器１の処理を示すフローチャートである。適宜、図１及び図２を参照しながら、遮断器１の処理について説明する。
図３（ａ）は、遮断器投入時の処理を示す。まず、遮断器１では、可動接触子３内の可動抵抗４を投入し、変圧器ＴＲの励磁を開始する（Ｓ３０１）。具体的には、制御部１７が、外部からトリガとなる信号を受信し、機構部１６にロッド１４の上昇操作を指示する信号を送信する。機構部１６は、その信号を受信し、受信した信号に従って、ロッド１４の上昇操作を行う。そして、ロッド１４が上昇するとともに、アーム１２を介して可動抵抗４が上昇し、固定接触子２に接触する。これによって、変圧器ＴＲの励磁が開始される。
【００２４】
次に、変圧器ＴＲ１次側の電圧が定格電圧の９０％〜１１０％の範囲であるか否かをチェックする（Ｓ３０２）。これは、電圧値のピーク幅から見て、励磁突入電流が収束したか否かをチェックするものである。具体的には、制御部１７が、電圧計Ｖから電圧値を示す信号を受信し、その電圧値が前記範囲であるか否かを判定する。ここで、「定格電圧の９０％〜１１０％の範囲」は、電気設備の技術基準にある電圧範囲（１０１±６Ｖ）を％換算し、所定のマージンを付加したものである。
【００２５】
電圧値が前記範囲である場合には（Ｓ３０２のＹＥＳ）、変圧器ＴＲ１次側の電流が無負荷励磁電流の１００％〜１２０％の範囲であるか否かをチェックする（Ｓ３０３）。これは、電流値のピーク幅から見て、励磁突入電流が収束したか否かをチェックするものである。具体的には、制御部１７が、電流計Ａから電流値を示す信号を受信し、その電流値が前記範囲であるか否かを判定する。ここで、「無負荷励磁電流の１００％〜１２０％の範囲」は、無負荷励磁状態（定常状態）の電流値以上で、かつ、電圧低下が少なく励磁突入電流が収束した状態の電流値以下の範囲である。
【００２６】
電流値が前記範囲である場合には（Ｓ３０３のＹＥＳ）、可動接触子３を投入し、その状態を保持する（Ｓ３０４）。具体的には、制御部１７が、機構部１５にロッド１３の上昇操作を指示する信号を送信する。機構部１５は、その信号を受信し、受信した信号に従って、ロッド１３の上昇操作を行う。そして、ロッド１３が上昇するとともに、アーム１１を介して可動接触子３が上昇し、固定接触子２に接触する。これによって、通常の遮断器入状態になる。なお、電圧値が前記範囲でない場合（Ｓ３０２のＮＯ）、又は、電流値が前記範囲でない場合（Ｓ３０３のＮＯ）には、電圧値及び電流値の監視を繰り返す。
【００２７】
図３（ｂ）は、遮断器引外し時の処理を示す。可動接触子３及び可動抵抗４を同時に引外し、投入できる状態で待機する（Ｓ３０５）。具体的には、制御部１７が、外部からトリガとなる信号を受信し、機構部１５、１６に、それぞれロッド１３、１４の下降操作を指示する信号を送信する。機構部１５は、その信号を受信し、受信した信号に従ってロッド１３の下降操作を行う。そして、ロッド１３が下降するとともに、アーム１１を介して可動接触子３が下降し、固定接触子２から離隔する。一方、機構部１６は、制御部１７から前記信号を受信し、受信した信号に従ってロッド１４の下降操作を行う。そして、ロッド１４が下降するとともに、アーム１２を介して可動抵抗４が下降し、固定接触子２から離隔する。なお、可動抵抗４が下降すると、それに伴って可動接触子３も下降するような構造にすることで、制御部１７が機構部１６だけにロッド１４を下降するための信号を送信すれば済むようにしてもよい。
【００２８】
≪実施例≫
本願の発明者は、本願発明の効果を確認するために、励磁突入電流の変化などの解析を実施した。その結果について説明する。
【００２９】
図４は、ＥＭＴＰ（Electromagnetic Transient Program）用変圧器励磁突入解析モデルを示す図である。ＥＭＴＰは、電力系統をはじめとする電気回路の過渡現象や動特性の瞬時値ベースの解析に用いられる汎用回路解析プログラムである。図４に示すように、系統電源から、バックインピーダンス、変圧器Ｔｒ、６ＫＶ母線、配電線、１次ＣＢ（Circuit Breaker）、ダミー抵抗、投入用直列抵抗又はバイパス回路用ＣＢ、ダミー抵抗を経由して、変圧器ＭＴｒに電流が投入される。ここで、投入直列抵抗が可動抵抗４に相当する。バイパス回路用ＣＢが可動接触子３に相当する。変圧器ＭＴｒが、励磁の対象であり、変圧器ＴＲに相当する。なお、ダミー抵抗は、スイッチ素子を接続する際、ＥＭＴＰのルール上必要である。また、変圧器ＭＴｒのＴ１１００Ａ・Ｔ１１００Ｂ間、Ｔ１１００Ｂ・Ｔ１１００Ｃ間及びＴ１１００Ｃ・Ｔ１１００Ａ間の３個のコイルについては、鉄心の飽和特性（Φ−Ｉ曲線：磁束Φと電流Ｉの特性）を考慮した上で解析が行われる。
【００３０】
図５は、投入直列抵抗が０Ωの場合の励磁突入電流の変化を示すグラフである。グラフの時間軸上１６６．６７ｍｓのところでＳＷ１〜３（図４参照）が投入されている。これは、Ａ相の残留磁束が最大の時に、印加電圧による発生磁束が最大となるような位相（インダクタンス成分が最小になり、励磁突入電流が最大となる位相）で、ＳＷ１〜３を投入したものである（図６も同様）。図５によれば、Ａ相の電流のピーク値は、−４００Ａを超えている。
【００３１】
図６は、投入直列抵抗が６００Ωの場合の励磁突入電流の変化を示すグラフである。グラフの時間軸上１６６．６７ｍｓのところでＳＷ１〜３（図４参照）が投入されている。図６によれば、Ａ相の電流のピーク値は、−８Ａを超えた程度であり、投入直列抵抗が０Ωの場合に比べて大幅に改善されている。また、グラフの時間軸上１９０ｍｓ前後のところで電流が収束しており、励磁突入電流の収束時間についても投入直列抵抗が０Ωの場合に比べて改善されている。
【００３２】
なお、この解析では、グラフの時間軸上１０００ｍｓ（１秒）のところでＳＷ４〜６（図４参照）が投入されている。ＳＷ４〜６の投入により、電流がバイパスされて通常の遮断器入状態になる。１秒というのは、励磁突入現象が十分に収まっていると予想されるタイミングであり、この解析では、図３（ａ）の判断によるＳＷ４〜６の投入を適用していない。
【００３３】
図７は、投入直列抵抗と励磁突入電流との関係をＥＭＴＰで解析した結果を示す図である。ここで、最低電圧［Ｖ］は、配電線末端（図４のＮ２０００Ａ、Ｎ２０００Ｂ、Ｎ２０００Ｃ）における最大電圧降下点の値を線間電圧実効値相当に換算したものである。電圧降下率［％］は、電圧降下率［％］＝（１−最低電圧［Ｖ］／常時電圧［Ｖ］）×１００で計算したものである。ただし、常時電圧は、６６００Ｖとした。突入電流［Ａ］は、波高値表示である。
【００３４】
図７の解析結果によれば、投入直列抵抗を１００Ω以上にすると、配電線末端における電圧降下率は１．６％以下、３００Ω以上ではほとんど０％で、突入電流は１サイクル程度（約２０ｍｓ）継続した。投入直列抵抗を１４００Ω程度以上にすると、投入直列抵抗をバイパスするとき（図４のＳＷ４〜６を投入するとき）に電圧変動が見られた。
【００３５】
以上によれば、投入直列抵抗が１００Ω未満の場合、励磁突入電流の低減効果がなく、投入直列抵抗が１０００Ωより大きい場合、電流が流れにくくなり、投入直列抵抗をバイパスするときに励磁突入現象が発生するため効果がない。従って、励磁突入電流を低減するための投入直列抵抗の大きさは、１００〜１０００Ωの範囲が適当である。
【００３６】
以上説明した本発明の実施の形態によれば、励磁突入を防止する設備である可動抵抗４を設置するのに、既存の遮断器の構造をほとんど変更することなく、可動接触子３だけの変更で済むので、励磁突入防止の対策に際して遮断器１のサイズを大きくすることなく、設置面積を抑えることができる。また、遮断器内の設備変更を局所化することができるので、設備変更に係るコストや作業時間を抑えることができる。
【００３７】
また、変圧器ＴＲを励磁する場合に、抵抗値を有する可動抵抗４が固定接触子２に接触した後、固定接触子２と変圧器ＴＲとの間の電圧値及び電流値に基づいて、励磁突入電流が収束したと判断したときに、可動接触子３が固定接触子２に接触するので、設備の設置ごとに特別な調整を行うことなく、適切なタイミングで可動抵抗４の投入状態から通常の遮断器入状態に移行することができる。
【００３８】
さらに、可動抵抗４の抵抗値を１００〜１０００Ωにすることによって、変圧器ＴＲを励磁するとともに、励磁突入電流による電圧低下を抑制することができる。なお、可動抵抗４の抵抗値が１００Ωより小さい場合には、可動抵抗４がないときと同様に励磁突入電流による電圧低下が発生してしまう。また、可動抵抗４の抵抗値が１０００Ωより大きい場合には、電力系統から変圧器ＴＲに電流が流れにくくなり、可動抵抗４をバイパスしたときに励磁突入電流が発生してしまう。
【００３９】
以上、本発明を実施するための最良の形態について説明したが、上記実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。例えば、上記実施の形態では、遮断器１として真空遮断器を適用したが、他の遮断器（ガス遮断器など）であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】遮断器の構造例を示す図である。
【図２】遮断器が有する３つの状態を示す模式図であり、（ａ）は遮断器切状態を示し、（ｂ）は可動抵抗投入状態を示し、（ｃ）は遮断器入状態を示す。
【図３】遮断器の処理を示すフローチャートであり、（ａ）は遮断器投入時の処理を示し、（ｂ）は遮断器引外し時の処理を示す。
【図４】ＥＭＴＰ用変圧器励磁突入解析モデルを示す図である。
【図５】投入直列抵抗が０Ωの場合の励磁突入電流の変化を示すグラフである。
【図６】投入直列抵抗が６００Ωの場合の励磁突入電流の変化を示すグラフである。
【図７】投入直列抵抗と励磁突入電流との関係をＥＭＴＰで解析した結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 遮断器
２ 固定接触子（第１の導体部）
３ 可動接触子（第２の導体部）
４ 可動抵抗（抵抗部）
５ シールド
６ ケース
７ ベローズ
１０ 真空バルブ
１１、１２ アーム
１３、１４ ロッド
１５、１６ 機構部
１７ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励磁突入防止機能を有する遮断器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統内に設置される変圧器では、無負荷励磁時に１次コイルの鉄心に磁気飽和現象が発生し、インダクタンス成分が減少するため、定格電流の数〜数十倍の突入電流が流れる。これにより、変圧器の電位に引きずられて電力系統側に大きな電圧低下が発生し、電力系統から電力供給を受けている需要家の機器に影響を与えることがある。そのため、変圧器の無負荷励磁時に大きな電圧低下の発生が想定される場合には、一時的に直列抵抗を投入できる設備を設けるなどして対策している（特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開平５−１２９１４１号公報
【特許文献２】特開２００２−７５１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、直列抵抗が遮断器に外付けされると、直列抵抗を入切するための遮断器も必要となるため、設備の設置面積が大きくなる。
【０００４】
また、変圧器の励磁突入電流については、投入タイミング、変圧器容量などにより、低下する電圧の大きさや収束するまでの時間が異なるため、シーケンサなどで直列抵抗の入切を制御する設備を使う場合には、設備を設置するごとに制御のタイミングを調整する必要がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、簡便な励磁突入電流の防止機能を有する遮断器を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、電力系統と、変圧器との間に接続される遮断器であって、前記変圧器に接続される第１の導体部と、前記電力系統に接続される第２の導体部と、前記電力系統に接続される、抵抗値を有する抵抗部とを備え、前記第２の導体部が、中空構造を有し、前記抵抗部が、前記中空部分を貫通するように設けられ、前記変圧器を励磁する場合に、前記第２の導体部及び前記抵抗部が前記第１の導体部から離隔した状態から、前記抵抗部が前記第１の導体部に接触した後、前記第２の導体部が前記第１の導体部に接触することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、励磁突入を防止する抵抗部を既存の遮断器に設ける場合に、第２の導体部だけの変更で済む。従って、遮断器内の設備変更を局所化することができるので、設備変更に係るコストや作業時間を抑えることができる。また、励磁突入の防止に際して遮断器のサイズを大きくすることなく、設置面積を抑えることができる。
【０００８】
また、本発明は、遮断器であって、前記抵抗部が、１００〜１０００Ωの抵抗値を有し、前記変圧器を励磁する場合に、前記第２の導体部及び前記抵抗部が前記第１の導体部から離隔した状態から、前記抵抗部が前記第１の導体部に接触した後、前記第１の導体部と前記変圧器との間の電圧値が定格電圧の９０〜１１０％の範囲であり、かつ、前記第１の導体部と前記変圧器との間の電流値が無負荷励磁電流の１００〜１２０％の範囲であるときに、前記第２の導体部が前記第１の導体部に接触することを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、変圧器を励磁する場合に、抵抗値を有する抵抗部が第１の導体部に接触した後、第１の導体部と変圧器との間の電圧値及び電流値から判断して、励磁突入電流が収束したときに、第２の導体部が第１の導体部に接触するので、設備の設置ごとに特別な調整を行うことなく、適切なタイミングで、抵抗部を投入した状態から通常の遮断器入状態に移行することができる。
【００１０】
その他、本願が開示する課題及びその解決方法は、発明を実施するための最良の形態の欄、及び図面により明らかにされる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡便な励磁突入電流の防止機能を有する遮断器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を説明する。本発明の実施の形態に係る遮断器は、励磁突入電流の防止機能を有するものである。
【００１３】
≪遮断器の構造≫
図１は、遮断器の構造例を示す図である。遮断器１は、真空遮断器であり、真空バルブ１０、アーム１１、１２、ロッド１３、１４、機構部１５、１６及び制御部１７を含んで構成される。
【００１４】
真空バルブ１０は、接点間の絶縁耐力が高くなるように内部が高真空に保たれた部分であり、固定接触子（第１の導体部）２、可動接触子（第２の導体部）３、可動抵抗（抵抗部）４、シールド５、ケース６及びベローズ７を備える。固定接触子２は、上の板に固定して設置され、変圧器に電気的に接続される。可動接触子３は、ベローズ７を介して下の板に固定され、横方向には動かないが上下方向には自由に動くようになっており、固定接触子２に随時接触するとともに、電力系統に電気的に接続される。また、可動接触子３は、中空構造を有しており、その中空部分には、可動抵抗４が貫通するように設けられる。
【００１５】
可動抵抗４は、可動接触子３の中空壁に沿って上下方向に自由に動くようになっており、固定接触子２に随時接触するとともに、電力系統に電気的に接続される。可動抵抗４の材料には、例えば、ニクロム１号、ニクロム２号、ニクロタルＬ、鉄クロム１種線、鉄クロム２種線、カンタルＡ１などが用いられる。可動接触子３と、可動抵抗４とは、絶縁していてもよいし、導通していてもよい。可動接触子３と、可動抵抗４とを絶縁させる場合の、絶縁材の材料には、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス（Ｚｎ入り）、石英ガラスなどのガラスや、ステアタイト、フォルステライト、アルミナ、スピネル、ベリリア、マグネシア、酸化チタンなどの磁器が用いられる。
【００１６】
シールド５は、固定接触子２と、可動接触子３及び可動抵抗４との間で発生するアークの金属蒸気や荷電粒子を冷却、凝固させることによって、接点間の絶縁耐力を回復する金属製の遮蔽物である。ケース６は、ガラス又はセラミックで作られ、上下端で金属板と密封するように接合され、真空バルブ１０内部の高真空を維持する。ベローズ７は、下の板に固定されるとともに、可動接触子３を上下方向だけ動くように固定する。
【００１７】
アーム１１は、可動接触子３及びロッド１３に固定され、ロッド１３の上下運動を可動接触子３に伝達する。アーム１２は、可動抵抗４及びロッド１４に固定され、ロッド１４の上下運動を可動抵抗４に伝達する。ロッド１３は、機構部１５の仕組みによって、上下に動く。その動きがアーム１１を介して可動接触子３に伝わり、可動接触子３が上下に動くことで、固定接触子２に接触したり、離隔したりする。ロッド１４は、機構部１６の仕組みによって、上下に動く。その動きがアーム１２を介して可動抵抗４に伝わり、可動抵抗４が上下に動くことで、固定接触子２に接触したり、離隔したりする。
【００１８】
機構部１５は、制御部１７からの制御信号を受信し、受信した制御信号に従ってロッド１３を上下に操作する部分である。機構部１６は、制御部１７からの制御信号を受信し、受信した制御信号に従ってロッド１４を上下に操作する部分である。機構部１５、１６の例は、例えば、特開平９−２３７５５６号公報に開示されている。制御部１７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を有し、外部からの信号（例えば、固定接触子２と変圧器との間の電圧値や電流値を示す信号）などに基づいて、機構部１５、１６に対してロッド１３、１４の上下操作に関する制御信号を送信する。
【００１９】
ここで、可動接触子３及び可動抵抗４をそれぞれ別々に上下に動作させるために、２つの機構部１５、１６を備えるように記載したが、１つの機構部で実現してもよい。例えば、１回目のロッドの押し出しによって可動抵抗４が上に動き、２回目のロッドの押し出しによって可動接触子３が上に動くとともに、ロッドの引き戻しによって可動接触子３及び可動抵抗４がともに下に動くような構造とすることが考えられる。これにより、従来の構成から機構部を増加させることなく、励磁突入電流の防止を図ることができる。
【００２０】
≪遮断器の状態≫
図２は、遮断器が有する３つの状態を示す模式図である。図２（ａ）は、遮断器１が開いた状態、すなわち、遮断器切状態を示す。ここで、遮断器１とその周辺の構成を説明する。まず、遮断器１は、固定接触子２、可動接触子３及び可動抵抗４を備える。固定接触子２は、変圧器ＴＲの１次側端子Ｔ１に電気的に接続される。可動接触子３及び可動抵抗４は、電力系統Ｇに電気的に接続される。固定接触子２と変圧器ＴＲの１次側端子Ｔ１との間には、電圧計Ｖ及び電流計Ａが接続され、その間の電圧値及び電流値を示す信号が遮断器１の制御部１７（図１参照）に送信されるようになっている。電圧計Ｖには、例えば、計器用変圧器（ＰＴ・ＰＤ：Potential Transformer・Potential Device）が用いられ、その二次端子から電圧値を示す信号を取得できる。電流計Ａには、例えば、変流器（ＣＴ：Current Transformer）が用いられ、その二次端子から電流値を示す信号を取得できる。図２（ａ）では、可動接触子３及び可動抵抗４ともに、固定接触子２に接触していないので、変圧器ＴＲの１次側端子Ｔ１に電流が流れておらず、変圧器ＴＲを励磁する前の状態である。
【００２１】
図２（ｂ）は、可動抵抗４が固定接触子２に接触して、変圧器ＴＲの励磁が開始した状態、すなわち、可動抵抗投入状態を示す。この場合、電力系統Ｇからの電流が可動抵抗４及び固定接触子２を経由して変圧器ＴＲの１次側端子Ｔ１に流れるので、１次側端子Ｔ１につながる１次側コイル（図示せず）が励磁されるとともに、可動抵抗４に電圧（電圧値＝励磁突入電流の電流値×可動抵抗４の抵抗値）が印加されるので、１次側端子Ｔ１の電位に引きずられることなく、電力系統Ｇ側の電圧低下が緩和される。なお、可動接触子３と、可動抵抗４とが絶縁している場合には、可動抵抗４全体の抵抗値が有効となる。一方、可動接触子３と、可動抵抗４とが導通している場合には、可動接触子３を通じて電流がバイパスされるので、可動抵抗４のうち、固定接触子２と、可動接触子３との間隔Ｓ分の抵抗値が有効となる。
【００２２】
図２（ｃ）は、可動接触子３及び可動抵抗４が固定接触子２に接触した状態、すなわち、遮断器入状態を示す。この場合、抵抗値０の可動接触子３が固定接触子２に接触するため、電力系統Ｇからの電流が可動接触子３及び固定接触子２を経由して変圧器ＴＲの１次側端子Ｔ１に流れるので、通常と同様に遮断器１が閉じた状態となる。なお、可動接触子３と、可動抵抗４とが絶縁していても、導通していても、可動接触子３を通じて電流がバイパスされるので、可動抵抗４の抵抗値は無効になる。
【００２３】
≪遮断器の処理≫
図３は、遮断器１の処理を示すフローチャートである。適宜、図１及び図２を参照しながら、遮断器１の処理について説明する。
図３（ａ）は、遮断器投入時の処理を示す。まず、遮断器１では、可動接触子３内の可動抵抗４を投入し、変圧器ＴＲの励磁を開始する（Ｓ３０１）。具体的には、制御部１７が、外部からトリガとなる信号を受信し、機構部１６にロッド１４の上昇操作を指示する信号を送信する。機構部１６は、その信号を受信し、受信した信号に従って、ロッド１４の上昇操作を行う。そして、ロッド１４が上昇するとともに、アーム１２を介して可動抵抗４が上昇し、固定接触子２に接触する。これによって、変圧器ＴＲの励磁が開始される。
【００２４】
次に、変圧器ＴＲ１次側の電圧が定格電圧の９０％〜１１０％の範囲であるか否かをチェックする（Ｓ３０２）。これは、電圧値のピーク幅から見て、励磁突入電流が収束したか否かをチェックするものである。具体的には、制御部１７が、電圧計Ｖから電圧値を示す信号を受信し、その電圧値が前記範囲であるか否かを判定する。ここで、「定格電圧の９０％〜１１０％の範囲」は、電気設備の技術基準にある電圧範囲（１０１±６Ｖ）を％換算し、所定のマージンを付加したものである。
【００２５】
電圧値が前記範囲である場合には（Ｓ３０２のＹＥＳ）、変圧器ＴＲ１次側の電流が無負荷励磁電流の１００％〜１２０％の範囲であるか否かをチェックする（Ｓ３０３）。これは、電流値のピーク幅から見て、励磁突入電流が収束したか否かをチェックするものである。具体的には、制御部１７が、電流計Ａから電流値を示す信号を受信し、その電流値が前記範囲であるか否かを判定する。ここで、「無負荷励磁電流の１００％〜１２０％の範囲」は、無負荷励磁状態（定常状態）の電流値以上で、かつ、電圧低下が少なく励磁突入電流が収束した状態の電流値以下の範囲である。
【００２６】
電流値が前記範囲である場合には（Ｓ３０３のＹＥＳ）、可動接触子３を投入し、その状態を保持する（Ｓ３０４）。具体的には、制御部１７が、機構部１５にロッド１３の上昇操作を指示する信号を送信する。機構部１５は、その信号を受信し、受信した信号に従って、ロッド１３の上昇操作を行う。そして、ロッド１３が上昇するとともに、アーム１１を介して可動接触子３が上昇し、固定接触子２に接触する。これによって、通常の遮断器入状態になる。なお、電圧値が前記範囲でない場合（Ｓ３０２のＮＯ）、又は、電流値が前記範囲でない場合（Ｓ３０３のＮＯ）には、電圧値及び電流値の監視を繰り返す。
【００２７】
図３（ｂ）は、遮断器引外し時の処理を示す。可動接触子３及び可動抵抗４を同時に引外し、投入できる状態で待機する（Ｓ３０５）。具体的には、制御部１７が、外部からトリガとなる信号を受信し、機構部１５、１６に、それぞれロッド１３、１４の下降操作を指示する信号を送信する。機構部１５は、その信号を受信し、受信した信号に従ってロッド１３の下降操作を行う。そして、ロッド１３が下降するとともに、アーム１１を介して可動接触子３が下降し、固定接触子２から離隔する。一方、機構部１６は、制御部１７から前記信号を受信し、受信した信号に従ってロッド１４の下降操作を行う。そして、ロッド１４が下降するとともに、アーム１２を介して可動抵抗４が下降し、固定接触子２から離隔する。なお、可動抵抗４が下降すると、それに伴って可動接触子３も下降するような構造にすることで、制御部１７が機構部１６だけにロッド１４を下降するための信号を送信すれば済むようにしてもよい。
【００２８】
≪実施例≫
本願の発明者は、本願発明の効果を確認するために、励磁突入電流の変化などの解析を実施した。その結果について説明する。
【００２９】
図４は、ＥＭＴＰ（Electromagnetic Transient Program）用変圧器励磁突入解析モデルを示す図である。ＥＭＴＰは、電力系統をはじめとする電気回路の過渡現象や動特性の瞬時値ベースの解析に用いられる汎用回路解析プログラムである。図４に示すように、系統電源から、バックインピーダンス、変圧器Ｔｒ、６ＫＶ母線、配電線、１次ＣＢ（Circuit Breaker）、ダミー抵抗、投入用直列抵抗又はバイパス回路用ＣＢ、ダミー抵抗を経由して、変圧器ＭＴｒに電流が投入される。ここで、投入直列抵抗が可動抵抗４に相当する。バイパス回路用ＣＢが可動接触子３に相当する。変圧器ＭＴｒが、励磁の対象であり、変圧器ＴＲに相当する。なお、ダミー抵抗は、スイッチ素子を接続する際、ＥＭＴＰのルール上必要である。また、変圧器ＭＴｒのＴ１１００Ａ・Ｔ１１００Ｂ間、Ｔ１１００Ｂ・Ｔ１１００Ｃ間及びＴ１１００Ｃ・Ｔ１１００Ａ間の３個のコイルについては、鉄心の飽和特性（Φ−Ｉ曲線：磁束Φと電流Ｉの特性）を考慮した上で解析が行われる。
【００３０】
図５は、投入直列抵抗が０Ωの場合の励磁突入電流の変化を示すグラフである。グラフの時間軸上１６６．６７ｍｓのところでＳＷ１〜３（図４参照）が投入されている。これは、Ａ相の残留磁束が最大の時に、印加電圧による発生磁束が最大となるような位相（インダクタンス成分が最小になり、励磁突入電流が最大となる位相）で、ＳＷ１〜３を投入したものである（図６も同様）。図５によれば、Ａ相の電流のピーク値は、−４００Ａを超えている。
【００３１】
図６は、投入直列抵抗が６００Ωの場合の励磁突入電流の変化を示すグラフである。グラフの時間軸上１６６．６７ｍｓのところでＳＷ１〜３（図４参照）が投入されている。図６によれば、Ａ相の電流のピーク値は、−８Ａを超えた程度であり、投入直列抵抗が０Ωの場合に比べて大幅に改善されている。また、グラフの時間軸上１９０ｍｓ前後のところで電流が収束しており、励磁突入電流の収束時間についても投入直列抵抗が０Ωの場合に比べて改善されている。
【００３２】
なお、この解析では、グラフの時間軸上１０００ｍｓ（１秒）のところでＳＷ４〜６（図４参照）が投入されている。ＳＷ４〜６の投入により、電流がバイパスされて通常の遮断器入状態になる。１秒というのは、励磁突入現象が十分に収まっていると予想されるタイミングであり、この解析では、図３（ａ）の判断によるＳＷ４〜６の投入を適用していない。
【００３３】
図７は、投入直列抵抗と励磁突入電流との関係をＥＭＴＰで解析した結果を示す図である。ここで、最低電圧［Ｖ］は、配電線末端（図４のＮ２０００Ａ、Ｎ２０００Ｂ、Ｎ２０００Ｃ）における最大電圧降下点の値を線間電圧実効値相当に換算したものである。電圧降下率［％］は、電圧降下率［％］＝（１−最低電圧［Ｖ］／常時電圧［Ｖ］）×１００で計算したものである。ただし、常時電圧は、６６００Ｖとした。突入電流［Ａ］は、波高値表示である。
【００３４】
図７の解析結果によれば、投入直列抵抗を１００Ω以上にすると、配電線末端における電圧降下率は１．６％以下、３００Ω以上ではほとんど０％で、突入電流は１サイクル程度（約２０ｍｓ）継続した。投入直列抵抗を１４００Ω程度以上にすると、投入直列抵抗をバイパスするとき（図４のＳＷ４〜６を投入するとき）に電圧変動が見られた。
【００３５】
以上によれば、投入直列抵抗が１００Ω未満の場合、励磁突入電流の低減効果がなく、投入直列抵抗が１０００Ωより大きい場合、電流が流れにくくなり、投入直列抵抗をバイパスするときに励磁突入現象が発生するため効果がない。従って、励磁突入電流を低減するための投入直列抵抗の大きさは、１００〜１０００Ωの範囲が適当である。
【００３６】
以上説明した本発明の実施の形態によれば、励磁突入を防止する設備である可動抵抗４を設置するのに、既存の遮断器の構造をほとんど変更することなく、可動接触子３だけの変更で済むので、励磁突入防止の対策に際して遮断器１のサイズを大きくすることなく、設置面積を抑えることができる。また、遮断器内の設備変更を局所化することができるので、設備変更に係るコストや作業時間を抑えることができる。
【００３７】
また、変圧器ＴＲを励磁する場合に、抵抗値を有する可動抵抗４が固定接触子２に接触した後、固定接触子２と変圧器ＴＲとの間の電圧値及び電流値に基づいて、励磁突入電流が収束したと判断したときに、可動接触子３が固定接触子２に接触するので、設備の設置ごとに特別な調整を行うことなく、適切なタイミングで可動抵抗４の投入状態から通常の遮断器入状態に移行することができる。
【００３８】
さらに、可動抵抗４の抵抗値を１００〜１０００Ωにすることによって、変圧器ＴＲを励磁するとともに、励磁突入電流による電圧低下を抑制することができる。なお、可動抵抗４の抵抗値が１００Ωより小さい場合には、可動抵抗４がないときと同様に励磁突入電流による電圧低下が発生してしまう。また、可動抵抗４の抵抗値が１０００Ωより大きい場合には、電力系統から変圧器ＴＲに電流が流れにくくなり、可動抵抗４をバイパスしたときに励磁突入電流が発生してしまう。
【００３９】
以上、本発明を実施するための最良の形態について説明したが、上記実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。例えば、上記実施の形態では、遮断器１として真空遮断器を適用したが、他の遮断器（ガス遮断器など）であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】遮断器の構造例を示す図である。
【図２】遮断器が有する３つの状態を示す模式図であり、（ａ）は遮断器切状態を示し、（ｂ）は可動抵抗投入状態を示し、（ｃ）は遮断器入状態を示す。
【図３】遮断器の処理を示すフローチャートであり、（ａ）は遮断器投入時の処理を示し、（ｂ）は遮断器引外し時の処理を示す。
【図４】ＥＭＴＰ用変圧器励磁突入解析モデルを示す図である。
【図５】投入直列抵抗が０Ωの場合の励磁突入電流の変化を示すグラフである。
【図６】投入直列抵抗が６００Ωの場合の励磁突入電流の変化を示すグラフである。
【図７】投入直列抵抗と励磁突入電流との関係をＥＭＴＰで解析した結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 遮断器
２ 固定接触子（第１の導体部）
３ 可動接触子（第２の導体部）
４ 可動抵抗（抵抗部）
５ シールド
６ ケース
７ ベローズ
１０ 真空バルブ
１１、１２ アーム
１３、１４ ロッド
１５、１６ 機構部
１７ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統と、変圧器との間に接続される遮断器であって、
前記変圧器に接続される第１の導体部と、
前記電力系統に接続される第２の導体部と、
前記電力系統に接続される、抵抗値を有する抵抗部と、
を備え、
前記第２の導体部は、中空構造を有し、
前記抵抗部は、前記中空部分を貫通するように設けられ、
前記変圧器を励磁する場合に、前記第２の導体部及び前記抵抗部が前記第１の導体部から離隔した状態から、前記抵抗部が前記第１の導体部に接触した後、前記第２の導体部が前記第１の導体部に接触する
ことを特徴とする遮断器。
【請求項２】
請求項１に記載の遮断器であって、
前記抵抗部は、１００〜１０００Ωの抵抗値を有し、
前記変圧器を励磁する場合に、前記第２の導体部及び前記抵抗部が前記第１の導体部から離隔した状態から、前記抵抗部が前記第１の導体部に接触した後、前記第１の導体部と前記変圧器との間の電圧値が定格電圧の９０〜１１０％の範囲であり、かつ、前記第１の導体部と前記変圧器との間の電流値が無負荷励磁電流の１００〜１２０％の範囲であるときに、前記第２の導体部が前記第１の導体部に接触する
ことを特徴とする遮断器。
【請求項１】
電力系統と、変圧器との間に接続される遮断器であって、
前記変圧器に接続される第１の導体部と、
前記電力系統に接続される第２の導体部と、
前記電力系統に接続される、抵抗値を有する抵抗部と、
を備え、
前記第２の導体部は、中空構造を有し、
前記抵抗部は、前記中空部分を貫通するように設けられ、
前記変圧器を励磁する場合に、前記第２の導体部及び前記抵抗部が前記第１の導体部から離隔した状態から、前記抵抗部が前記第１の導体部に接触した後、前記第２の導体部が前記第１の導体部に接触する
ことを特徴とする遮断器。
【請求項２】
請求項１に記載の遮断器であって、
前記抵抗部は、１００〜１０００Ωの抵抗値を有し、
前記変圧器を励磁する場合に、前記第２の導体部及び前記抵抗部が前記第１の導体部から離隔した状態から、前記抵抗部が前記第１の導体部に接触した後、前記第１の導体部と前記変圧器との間の電圧値が定格電圧の９０〜１１０％の範囲であり、かつ、前記第１の導体部と前記変圧器との間の電流値が無負荷励磁電流の１００〜１２０％の範囲であるときに、前記第２の導体部が前記第１の導体部に接触する
ことを特徴とする遮断器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−１３０２８４（Ｐ２００８−１３０２８４Ａ）
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１１９２９（Ｐ２００６−３１１９２９）
【出願日】平成１８年１１月１７日（２００６．１１．１７）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１７日（２００６．１１．１７）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
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