JP2550046B2 - 検査回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は、試験開閉器および補助開閉器を有する大
電流回路と、第一高圧回路が試験開閉器に並列に切換可
能な発振回路として構成され、第二高圧回路が試験開閉
器に交流電圧を印加する交流電圧源を有する少なくとも
２つの高圧回路とを備え、第一高圧回路がコンデンサバ
ッテリーである少なくとも一つの第一エネルギ貯蔵部を
有し、この第一エネルギ貯蔵部に開閉ユニットを直列に
接続している、高電圧負荷開閉器の遮断能力を綜合試験
するための検査回路に関する。

〔従来の技術〕

1974年のCIGRE報告書13−02富山等による表題「４パ
ラメータ再起電圧下における高電圧遮断器の総合検査用
の新しい３回路配置」の論文により、高圧負荷遮断器の
遮断特性を総合的に検査する検査回路が知られている。
この検査回路は一つの大電流回路と二つの高圧回路で構
成されている。第一補助開閉器と試験開閉器が大電流回
路の中で直列に接続されている。更に、この大電流回路
中には電流変換器として形成されたセンサが設置され、
その測定信号は電子制御ユニット中で時間的に正確なト
リガ指令ないしは開閉指令に変換される。試験開始器に
平行な第一高圧回路には、第二の補助開閉器として使用
される一つの開閉部と、更に直流電圧で充電されるエネ
ルギ貯蔵源と、電気制御ユニットから操作可能な放電ギ
ャップとがある。開閉部に平行に交流電圧源を有する第
２の高圧回路が配置されている。

負荷を切ると、先ず全検査電流が大電流回路を流れ
る。消弧するためにある零クロス点の直前で放電ギャッ
プがトリガされ、そのため第一高圧回路が検査開閉器に
接続される。エネルギ貯蔵部、充電されたコンデンサバ
ッテリーは、試験開閉器の中で検査電流に重畳する振動
電流を供給する。第一補助開閉器は大電流回路中の検査
電流を遮断するので、試験開閉器は直接振動電流を遮断
する。試験開閉器を介して再起電圧が第一高圧回路中の
抵抗、チョークコイル、コンデンサで決まる初期傾斜で
上昇する。次いで開閉部は制御ユニットで正確に与えら
れる時点で第二高圧回路を第一高圧回路に接続する。両
方の高圧回路の電圧が重なり、試験開閉器で再起電圧は
急上昇する。過渡振動が鎮まると、第二高圧回路は試験
開閉器に印加する商用周波数の交流電圧を供給する。

この検査回路では、開閉部に信頼性と正確さに関して
多大な要請が置かれ、これ等の要請は高価な制御部を設
えた経費のかかる同期開閉器により満たされる。更に、
この検査回路の占有場所は比較的大きい。

〔発明の課題〕

ここに、上記難点に対し救済を提示するもので、この
発明の課題は、比較的簡単に、狭い場所に、コスト上有
利に組立ることができる、高圧負荷開閉器を総合的に試
験するための検査回路を提供することにある。

〔課題を解決する手段〕

上記の課題は、この発明により、冒頭に述べた種類の
検査回路にあって、開閉ユニット30が並列に配置された
少なくとも開閉要素を有し、そのうちの第一開閉要素D₁
が第一高圧回路２に生じる振動電流i_sの最初の半波の間
この振動電流を阻止し、第二開閉要素32が振動電流i_sを
第一電流零クロス点通過時に遅れなしに抑制することに
よって解決されている。

この発明による他の有利な構成は、特許請求の範囲の
従属請求項に記載されている。

〔発明の効果〕

この発明の利点は、この検査回路を簡単な市販の部品
で実現できることにある。この検査回路を組み立てるに
は場所が比較的狭くてすむので、スペースが予め与えら
れている場合、検査の効率をより高くできる。更に、こ
の検査回路は危険な過電圧に関して、エネルギの消費が
比較的少ないため問題になることはない。監視作業が僅
かにしか必要でないため特に有利である。

〔実施例〕

以下、この発明を図面に基きより詳しく説明する。

第１図に大電流回路１と３つの高圧回路2,3,4から成
る検査回路が示してある。大電流回路１は主遮断器６に
直接接続された電圧源5,補助開閉器7,この大電流回路１
の出力端子8,9の間に検査開閉器10として接続されてい
る高電圧負荷開閉器で構成されている。変流器として形
成されているセンサ11により、大電流回路１が通じてい
る時、電流に比例する信号を取り出し、他の処理のため
電子制御ユニット12に導入する。

出力端子８は、同時に高圧回路２の第一入力端子でも
あるが、補助開閉器15とこの開閉器15に直列接続されて
いる装置16を介して、次の入力端子18に接続されてい
る。この装置６は、間隔短絡試験の場合、一つの人為的
な導体であるか、あるいは端子間の短絡試験の場合、必
要に応じて、試験開閉器10を介して再起電圧の立ち上が
りの第一部分を調整できる一つの回路網である。端子18
と出力端子９に接続する端子19との間には、検査開閉器
10に並列にコンデンサC_eが接続されている。出力端子９
は同時に高圧回路２の第二出力端子でもある。端子18は
端子25に導電接続されている。端子25と端子26の間に
は、調整回路27が接続されている。この調整回路27は抵
抗R₂とコンデンサC₂の直列回路で構成され、この直列回
路に誘導性負荷L₂が並列に接続されている。

端子26と28の間には、トリガ可能な開閉ユニット30が
ある。このトリガ可能な開閉ユニット30は端子28と31の
間にある電源投入装置としてのトリガ可能な放電ギャッ
プF₁および端子31と26の間にある回路装置で構成されて
いる。この回路装置の第一分岐路は少なくとも一つの真
空バルブから成る開閉要素32と直流電源（図示せず）か
ら充電できるコンデンサC₁との直列回路を有し、このコ
ンデンサC₁はダイオードD₂の並列接続された低電圧コン
デンサとして形成されている。前記ダイオードD₂は端子
31から供給される電流を通す。回路装置の第一分岐路に
並列の第二分岐路はダイオードD₁,抵抗R₁および遮断部3
3の直列回路を有する。この場合、ダイオードD₁は端子2
6から供給される電流を通す。端子28と端子19に電導接
続する端子34との間に、コンデンサバッテリーC₃が接続
されている。

コンデンサバッテリーC₃は高電圧で充電できる高圧回
路２のエネルギ貯蔵部として使用されるが、同時に高圧
回路３のエネルギ貯蔵部の一部でもある。高圧回路３の
エネルギ貯蔵部はマルクス・インパルス発生器40として
形成され、その第一段はコンデンサバッテリーC₃を形成
している。端子28には図示していない充電装置が接続さ
れている。端子28と41の間には充電抵抗R₄とトリガ可能
な放電ギャップF₂が接続されている。端子34と42の間に
は他の充電抵抗R₅が接続されている。端子41と42の間に
は、マルクス・インパルス発生器40の第二段目を形成す
るコンデンサC₄が接続されている。端子41と42から出
て、他の２つの回路が接続されているので、図示するマ
ルクス・インパルス発生器40は全体で４段である。これ
等の４つの回路は付属する放電ギャップF₂とF₃で周知の
ように直列に接続できる。その結果、端子43で４種類の
負荷電圧を利用できる。このインパルス発生器は、この
発生器に必要なその時の試験電圧に適合させるため、段
数を付加したり省いて容易に可変できる。充電抵抗R₄,R
₅とR₆も極度に大きい抵抗であり、全で01〜10MΩの範囲
の同じ抵抗値を有する。

端子43から放電ギャップF₄に導電接続され、そこから
更に端子44に導電接続されている。この端子44からアー
スに対して誘導性負荷L₁が接続されている。この誘導性
負荷L₁はマルクス・インパルス発生器40のコンデンサの
直列回路と共に発振回路を形成するように設計されてい
る。端子44と18の間には、誘導性負荷L₃と抵抗R₃の並列
回路から成る調節回路46がある。端子18の代りに減衰回
路46は端子26にも接続できる。更に、高圧回路３を放電
ギャップF₄なしで動作させることもできる。

高圧回路４には、出力端に取付けた抵抗R₀₁,R₀₂から
成る分圧器を有する電圧源５がある。この分圧器は高圧
回路４の交流電源として使用される。分圧器には、軽負
荷変圧器または電圧変換器51の一次巻線に接続する中間
タップ50がある。この電圧変換器51の二次巻線側は開閉
器52を介して出力端子８に接続している。開閉器52の代
りに直結することもできる。

検査回路の動作を説明するため、第１図をより詳しく
考察する。補助開閉器７と15,開閉要素32と検査開閉器1
0は最初閉じているが、主開閉器６と開閉ユニット33は
開いている。コンデンサC₁は容量が約２〜15mFを有して
いるが、低電圧源で100〜数100Vの範囲の電圧に充電さ
れている。コンデンサバッテリーC₃とコンデンサC₄は端
子28を介して電圧U_Lに充電される。この充電装置は比較
的低い高圧値、例えば50kVの程度用に設計されている。
コンデンサバッテリーC₃は２〜40μＦの容量を有し、コ
ンデンサC₄はそれぞれ約1.5μＦの値を有する。コンデ
ンサC_eは通常５〜40nFの範囲にある。他の容量値も可能
であるが、マルクス・インパルス発生器40の直列に接続
されたコンデンサの容量値はコンデンサC_eの容量より少
なくとも５〜10倍必ず大きくしておく必要がある。充電
後には図示していない充電器を外す。各充電源に直列に
充分大きな充電抵抗が設けてあれば、検査回路に接続し
たままでもよい。

更に説明するため、第１図を第２図と共に考察する。
主開閉器６は試験開閉器10に対して望ましい電流導通期
間に応じ時点T₃で閉にされる。その後、電圧源５が大電
流回路１に所望の検査電流i_Hを供給する。検査開閉器10
はこの開閉器10中の所望のアーク期間に応じて時点T₄で
開にされる。時点T₅では補助開閉器７を開にする。これ
等の切換開閉操作に無関係に、時点T₁で開閉ユニット33
を閉ざす。コンデンサC₁は閉じた開閉要素32,ダイオー
ドD₁および放電電流i₁を制限する抵抗R₁を介して放電電
流i₁を供給する。時点T₂では閉じた少なくとも一つの真
空バルブとして形成されている開閉要素32が開く。しか
し、この放電電流i₁は真空バルブ中に生じるアークを経
由して流れる。

全切換開閉過程の時間経過は予め適当に調整された制
御ユニット12により制御される。変流器であるセンサ11
から試験電流i_Hに比例する信号が更に制御ユニット12に
達し、そこで時間的に正確なトリガ信号に変換される。
このトリガ信号の一つは時点T₆で放電ギャップF₁に作用
し、その応答電圧は電圧U_L以上でコンデンサC₃に印加
し、時点T₆で放電ギャップを点火させる。開閉ユニット
30は開閉要素32に未だ生じているスパークのため、コン
デンサバッテリーC₃から供給される振動電流i_sに対して
導通状態である。この振動電流i_sは先ずコンデンサC₁を
放電し、これにより放電電流i₁は時点T₇で０になる。そ
の後、振動電流i_sはダイオードD₂を流れる電流通路に切
り換わる。こうして振動電流i_sは大電流回路２中で開閉
ユニット30,装置27,回路部16,補助開閉切15および試験
開閉器10を通過する。時点T₆とT₈の間では、振動電流i_s
は試験電流i_Hと重なって電流i_s＋i_Hとなる。時点T₈では
試験電流i_Hは零を通過し、この時、補助開閉器７は消弧
する。時点T₈からT₉までは振動電流i_sは試験開閉器10を
未だ流れている。この電流i_sの立上りは電流零点の直前
で試験電流i_Hの零クロス点の目標立上りに正確に一致す
る。試験開閉器10は時点T₉で振動電流i_sをその零クロス
点で消弧し、同時に開閉要素32も消弧する。従って、振
動電流i_sは半波の間のみ流れ、導体損失を無視できると
考えられる場合、コンデンサバッテリーC₃を負の直流電
圧−U_Lまで再充電する。0.05〜２μＦの範囲の容量値を
有するコンデンサC₂は、コンデンサC₃と較べて小さい。
コンデンサC₂も直流電圧−U_Lまで充電される。次いで、
充電されたコンデンサC₂は抵抗R₂と誘導性負荷L₂とで共
振回路を形成し、この共振回路は発振を止める。

今まで考察した図面に加えて、説明のための第３図も
参照する。振動電流i_sが消失すると、再起電圧u₁（ｔ）
が試験開閉器10を経由して生じ、コンデンサC_eが充電電
流i_eで充電される。この場合、u₁（ｔ）の過渡成分の経
過は調整回路27で形成される減衰共振回路により決ま
る。充電電流i_eはコンデンサバッテリーC₃を介して供給
され、コンデンサC_e,調整回路27,ダイオードD₁,抵抗R₁,
遮断個所33および放電ギャップF₁を経由して流れる。試
験開閉器10で未だ遮断区間の残留導通性があれば、そこ
では大容量のコンデンサバッテリーC₃から供給される熱
的な追従電流が流れ得る。抵抗値が１〜10Ωの範囲にあ
る抵抗R₁は充電電流i_eに影響を与えるには小さ過ぎる。

再起電圧u₁（ｔ）は高圧回路２で更にコンデンサバッ
テリーC₃の瞬時最大充電電圧まで上昇する。この最大充
電電圧に到達する直前に、時点T₁₀で２倍の直流電流電
圧U_Lより幾分大きい応答電圧に調整されているスパーク
ギャップF₂には、制御ユニット12からトリガ信号が印加
され、スパーク点火する。同時にマルクス・インパルス
発生器40の放電ギャップF₃と直流電圧U_Lより幾分大きい
応答電圧に調整されている放電ギャップF₄とがスパーク
点火する。その時、充電されたコンデンサC₄とコンデン
サバッテリーC₃は直列に接続し、高圧回路３のエネルギ
貯蔵源を形成する。もっとも、高圧回路３は試験開閉器
10に再起電圧を更に形成する寄与を直ぐには果たさな
い。時点T₁₀から時点T₁₁まで（大体１〜２μsecの
間），振動電流i₂が流れ、高圧回路３のエネルギ貯蔵
源、放電ギャップF₁,開閉ユニット33,抵抗R₁,ダイオー
ドD₁,調整回路27,および最終回路46と放電ギャップ４を
経由して供給される。放電電流i₂はダイオードD₁を流れ
る。何故なら、最初端子18が端子より早く正になってい
るからである。振動電流i₂は充電電流i_eとは逆向に流れ
る。両方の電流は重畳して電流（i_e＋i₂）となり、時点
T₁₁で電流の零点を通過し、ダイオードD₂の遮断を始め
る。従って、開閉ユニット30が遮断し、同時に高圧回路
２から高圧回路３への切換が検査回路10の電圧印加を中
断することなく行われる。

高圧回路３は再起電圧u₂（ｔ）を供給し、この電圧の
様子はコンデンサC_eと調整回路46の作用で定まり、前記
電圧u₂（ｔ）に電圧u₁（ｔ）が重なる。高圧回路３の初
期化と同時に、この高圧回路３のエネルギ貯蔵源が誘導
性負荷L₁により共振を始め、振動電流i₃が流れ始める。
この振動過程は試験開閉器10に関する商用周波数の再起
電圧を最初の半波をシミレートする。時点T₁₂では補助
開閉器15が開き、高圧回路３を試験開閉器10から切り離
す。

誘導負荷L₁の品質に介しては余り大きな要請は設定さ
れなく、この負荷は電流の半波の間しか検査回路に使用
されないので、大きなオーム抵抗損失要因があってもよ
い。そのため、この負荷L₁は充分安価に作製できる。も
っとも高圧回路３が時点T₁₂の代りに、再起電圧u
₂（ｔ）の頂点に到達する直前のより早い時期T₁₃で切り
離されるなら、この誘導負荷L₁を省くこともできる。も
っとも、この場合には補助開閉器15に対する要請は厳し
くなる。

更に、調整回路46の後では直接端子18と直結するので
なく、端子26と調整回路27を介して端子18に接続するよ
うに高圧回路３を改造できる。この改造により再起電圧
u₂（ｔ）をより滑らかに変化させることができる。

高圧回路３を切り離す前に、高圧回路４は試験開閉器
10に接続される。高圧回路４の負荷は軽い。何故なら、
電圧u₃（ｔ）の商用周波数しか供給する必要がないから
である。商用周波数の電圧u₃（ｔ）は時点T₈まで試験運
転i_Hを流していた電圧源58から供給される。従って、商
用周波数の電圧u₃（ｔ）を正しい位相で中断することな
く接続されることが保証される。試験開閉器10の上記電
圧負荷は任意に長く保持でき、電圧源５と主開閉器６の
間にある負荷開閉器（図示せず）により遮断される。

検査回路の他の回路例としては、装置16の代りに補助
開閉器15を、また補助開閉器の代りに装置16およびコン
デンサC_eの片側を端子18に接続するのではなく、装置16
と補助開閉器15とを接続する導体につなぐこともでき
る。更に、この導体に電圧変換器51の２次巻線側も接続
できる。この変形回路では、高圧回路３はいくぶん負荷
を軽く設計できる。何故なら、高圧回路３に装置16がな
いからである。

更に、第１図の検査回路中には、第４図から明らかな
ように、充電抵抗R₄と端子41の間にダイオードD₃を接続
できる。ダイオードD₃は端子41の方に導通する。従っ
て、端子41の電位は時点T₆から時点T₁₀までの間、つま
り放電ギャップF₁がスパークして放電ギャップF₂がスパ
ークするまでの間、大きく変化することが阻止される。
同じ効果は、第５図から分かるように、抵抗R₈とコンデ
ンサC₈から成る適正に設計されたRC素子を充電抵抗R₅に
並列に接続しても実現できる。

第１図の検査回路の改良が第６図から明らかになる。
この改良は、放電ギャップF₁,充電装置を含めたコンデ
ンサC₁,ダイオードD₁,抵抗R₂および開閉ユニット33を不
要にする。端子26と31の間に少なくとも一つのトリガ可
能な真空区間60（トリガーされた真空ギャップ）を中間
接続し、この真空区間に対してダイオードD₁を並列に置
く。制御ユニット12により制御されるトリガ信号はトリ
ガ可能な真空区間60を正確な時間に導通状態にするの
で、振動電流i_sが流れる。負荷の切離の他の経過は前に
説明した経過に一致する。

第７図から、第１図の検査回路の他の改造が理解でき
る。これはは第６図の回路に似たように形成され、トリ
ガ可能な真空区間の代りに、少なくとも一つのトリガ可
能なサイリスタ61を備え、制御ユニット12により制御さ
れるトリガ信号がこのサイリスタ61に作用し、正確な時
間に導通させる。

【図面の簡単な説明】

第１図、この発明の検査回路の第１実施例、 第２図、第１図の検査回路で負荷を遮断した時の単純化
された模式的な尺度の電流と電圧の変化を示すグラフ、 第３図、第２図のグラフの拡大部分図、 第４〜７図、この発明による検査回路の改良を示す回路
である。 図中参照符号： １……大電流回路 2,3,4……高圧回路 ５……電圧源 ６……主開閉器 7,15……補助開閉器 10……試験開閉器 18,19,25,26,28,31,34,41〜44……端子 30……開閉ユニット 32……開閉要素 40……マルクス・インパルス発生器 51……電圧変換器 60……真空区間 61……サイリスタ C_e,C₁,C₂,C₄,C₈……コンデンサ C₃……コンデンサバッテリー R₁〜R₈,R₀₁,R₀₂……抵抗 L₁,L₂……誘導性負荷 F₁〜F₄……放電ギャップ

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一つの試験開閉器（10）および一つの補助
   開閉器（７）を有する大電流回路（１）と、第一高圧回
   路（２）が試験開閉器（10）に並列に切換可能な発振回
   路として構成され、第二高圧回路（４）が試験開閉器
   （10）に交流電圧を印加する交流電圧源を有する少なく
   とも２つの高圧回路（2,4）とを備え、第一高圧回路
   （２）がコンデンサバッテリー（C₃）である少なくとも
   一つの第一エネルギ貯蔵部を有し、この第一エネルギ貯
   蔵部に開閉ユニット（30）を直列に接続している、高電
   圧負荷開閉器の遮断能力を綜合試験するための検査回路
   において、 開閉ユニット（30）が並列に配置された少なくとも二つ
   の開閉要素を有し、第一開閉要素（D₁）が第一高圧回路
   （２）に生じる振動電流（i_s）の最初の半波の間この振
   動電流を阻止し、第二開閉要素（32）が振動電流（i_s）
   を第一電流零クロス点通過時に遅れなしに制御する、 ことを特徴とする検査回路。
2. 【請求項２】第一開閉要素は第一電気弁を有し、 第二開閉要素（32）を第一コンデンサ（C₁）に直列に接
   続し、 第一コンデンサ（C₁）に並列に第二電気弁を設け、この
   電気弁を第一電気弁に対して逆極にし、 開閉ユニット（30）は上記二つの開閉要素に直列の投入
   装置を有する、 ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の検査回
   路。
3. 【請求項３】投入装置はトリガ可能な第一放電ギャップ
   （F₁）として形成され、 第二開閉要素（32）は少なくとも一つの真空バルブを有
   し、 第一コンデンサ（C₁）は低電圧コンデンサとして形成さ
   れ、 第一および第二の電気弁はそれぞれ少なくとも一つのダ
   イオード（D₁,D₂）を有する、 ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の検査回
   路。
4. 【請求項４】第一開閉要素は電気弁として形成され、 第二開閉要素は少なくとも一つのトリガ可能な真空空間
   （60）を有する、 ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の検査回
   路。
5. 【請求項５】第一開閉要素は電気弁として形成され、 第二開閉要素は少なくとも一つのトリガ可能なサイリス
   タ（61）とを有することを特徴とする第１項に記載の検
   査回路。
6. 【請求項６】電気弁は少なくとも一つのダイオード
   （D₁）を有する、 ことを特徴とする特許請求の範囲第４項または第５項に
   記載の検査回路。
7. 【請求項７】第一高圧回路（２）を遮断した後、試験開
   閉器（10）に並列に接続できる第三高圧回路（３）には
   第二エネルギ貯蔵源が設けてある、 ことを特徴とする特許請求の範囲第１〜６項の何ずれか
   １項に記載の検査回路。
8. 【請求項８】第一エネルギ貯蔵源はコンデンサバッテリ
   ー（C₃）として形成され、第三高圧回路（３）の第二エ
   ネルギ貯蔵源として設けてあるマルクス・インパルス発
   生器（40）の第１段を構成している、 ことを特徴とする特許請求の範囲第７項に記載の検査回
   路。
9. 【請求項９】マルクス・インパルス発生器（40）は一方
   を接地しこの発生器（40）の容量値に合わせた誘導負荷
   （L₁）と、調整個所（46）と、試験開閉器（10）に並列
   接続された少なくとも一つのコンデンサ（C_e）とに第三
   高圧回路（３）に通じる第二放電ギャップ（F₄）を経由
   して接続できる、 ことを特徴とする特許請求の範囲第８項に記載の検査回
   路。
10. 【請求項１０】マルクス・インパルス発生器（40）の容
    量値は試験開閉器（10）に並列接続されたコンデンサ
    （C_e）の容量値より少なくとも５〜10倍大きくしてあ
    る、 ことを特徴とする特許請求の範囲第９項に記載の検査回
    路。
11. 【請求項１１】交流電圧源は電圧変換器（51）として形
    成され、その一時巻線は交流源（５）から分圧器（R₀₁,
    R₀₂）を経由して給電され、二次巻線は試験開閉器（1
    0）に接続されている、 ことを特徴とする特許請求の範囲第１〜10項に記載の検
    査回路。