WO2025022562A1

WO2025022562A1 - 電力系統保護システム

Info

Publication number: WO2025022562A1
Application number: PCT/JP2023/027162
Authority: WO
Inventors: 雄大相良; 達広阿部; 信一山口
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2023-07-25
Filing date: 2023-07-25
Publication date: 2025-01-30

Abstract

変電機器二次側設備から供給される電流が流れる電圧線（５６）と、接地された中性線（５５）とを備える電力系統（５０）を保護する電力系統保護システム（１００）であって、電圧線（５６）に設置される遮断器（１１）と、遮断器（１１）よりも変電機器二次側設備側で電圧線（５６）と中性線（５５）とを接続する転流器（１２）とを備え、電圧線（５６）に短絡事故又は地絡事故による異常が発生した際に、電圧線（５６）に流れる事故電流を、転流器（１２）を介して中性線（５５）に転流する。

Description

電力系統保護システム

　本開示は、短絡事故又は地絡事故による異常発生時に電力系統を保護する電力系統保護システムに関する。

　従来、変電機器で変圧された電力を負荷に供給する電力系統において、短絡事故又は地絡事故による異常発生時に電力系統を保護するために、機械式の遮断器が用いられていた。しかし、機械式の遮断器は、電流遮断時に発生するアークが消弧されるまで電流の遮断が完了しないため、電流遮断に時間がかかり事故波及範囲が大きくなってしまう。

　特許文献１には、短絡事故又は地絡事故による異常発生時に電力系統を保護する電力系統保護システムが開示されている。特許文献１に開示される電力系統保護システムは、電力開閉器と、電力開閉器よりも負荷側に設置された橋絡回路と、橋絡回路よりも負荷側に設置された接触器とを備えている。特許文献１に開示される電力系統保護システムは、磁気駆動スイッチを備えており、短絡事故又は地絡事故による異常が発生した際に磁気駆動スイッチが閉じることにより、事故電流を中性線に転流させる。特許文献１に開示される装置は、事故電流を中性線に転流させることにより、事故電流を遮断する遮断器を用いることなく短絡事故又は地絡事故の発生箇所に事故電流が流れないようにし、事故波及範囲が大きくなることを抑制することができる。

特表平８－５０８１５４号公報

　しかしながら、上記特許文献１に開示される電力系統保護システムは、事故電流を中性線に転流させることにより短絡発生箇所に事故電流は流れなくなるが、事故電流の転流後も短絡発生箇所は無電流状態とはならないため、事故電流を転流しただけでは接触器を開いて短絡発生箇所を切り離すことができない。したがって、特許文献１に開示される電力系統保護システムは、事故電流の転流後に別の装置で事故電流を遮断しないと、短絡発生箇所を切り離して送電を再開することができなかった。このため、特許文献１に開示される装置は、事故発生から送電再開までに時間を要するという問題があった。

　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、短絡事故又は地絡事故による異常の発生から負荷への送電再開までの時間を短縮した電力系統保護システムを得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る電力系統保護システムは、変電機器二次側設備から供給される電流が流れる電圧線と、接地された中性線とを備える電力系統を保護する電力系統保護システムであって、電圧線に設置される遮断器と、遮断器よりも変電機器二次側設備側で電圧線と中性線とを接続する転流器とを備える。電力系統保護システムは、電圧線に短絡事故又は地絡事故による異常が発生した際に、電圧線に流れる事故電流を、転流器を介して中性線に転流する。

　本開示によれば、短絡事故又は地絡事故による異常の発生から負荷への送電再開までの時間を短縮した電力系統保護システムを得られるという効果を奏する。

実施の形態１に係る電力系統保護システムの構成を示す図実施の形態１に係る電力系統保護システムの制御部の機能ブロック図実施の形態１に係る電力系統保護システムの遮断器の引き外し機構の概略構成図実施の形態１に係る電力系統保護システムの遮断器の引き外し特性を示す図実施の形態１に係る電力系統保護システムの遮断器の電磁引き外しの動作の流れを示すフローチャート実施の形態１に係る電力系統保護システムの保護対象である電力系統の分岐路に短絡事故又は地絡事故による異常が発生した状態を示す図実施の形態１に係る電力系統保護システムの転流器の半導体スイッチがオンになった状態を示す図実施の形態１に係る電力系統保護システムの転流器の半導体スイッチがオフになった状態を示す図実施の形態１に係る電力系統保護システムの短絡事故又は地絡事故による異常発生時の事故電流の推移の第１の例を示す図実施の形態１に係る電力系統保護システムの短絡事故又は地絡事故による異常発生時の事故電流の推移の第２の例を示す図実施の形態１の変形例に係る電力系統保護システムの遮断器の限流ユニットの模式図実施の形態２に係る電力系統保護システムの構成を示す図実施の形態３に係る電力系統保護システムの構成を示す図実施の形態４に係る電力系統保護システムの制御部の構成を示す図実施の形態１から実施の形態４に係る電力系統保護システムの制御部のハードウェア構成を示す図

　以下に、実施の形態に係る電力系統保護システムを図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る電力系統保護システムの構成を示す図である。実施の形態１に係る電力系統保護システム１００は、変電機器で変圧された電力を負荷５３に供給する電力系統５０を保護するシステムである。電力系統保護システム１００による保護対象である電力系統５０は、変電機器二次側設備であるトランス５１と、電圧線５６と、中性線５５とを備える。トランス５１は、不図示の変電機器一次側設備から供給される電力を降圧して電圧線５６に電力を供給する。電圧線５６は、トランス５１に接続された主幹系統５２と、主幹系統５２から分岐して各負荷５３に接続される複数の分岐路５４と、各負荷５３とグラウンド５７とを接続する接地線５８とを有する。電力系統保護システム１００は、複数の遮断器１１と、複数の遮断器１１よりも上流側に設置された転流器１２と、遮断器１１及び転流器１２を制御する制御部８０を有する制御装置１３と、遮断器１１の各々に設置された継電器１４及び計器用変成器１５とを備える。遮断器１１は、主幹系統５２に設置された主幹遮断器１１１と、各分岐路５４に設けられた下位遮断器１１２とを含む。電力系統５０及び電力系統保護システム１００は、直流電力を負荷５３に供給する直流配電システムを構成する。

　電力系統保護システム１００が備える遮断器１１及び転流器１２は、同じ配電盤に設置されている。

　転流器１２は、直列又は並列に接続された複数の半導体スイッチ１２１を備えており、主幹系統５２と中性線５５とを接続している。複数の半導体スイッチ１２１を並列に接続することにより、転流器１２に流すことができる電流を大きくすることができる。また、複数の半導体スイッチ１２１を直列に接続することにより、転流器１２の耐電圧を高くすることができる。主幹遮断器１１１及び下位遮断器１１２は、機械式の遮断器である。継電器１４は、短絡事故又は地絡事故による異常発生時に定格電流よりも大きい事故電流が流れると、制御部８０に異常検出信号を送信する。計器用変成器１５は、主幹系統５２又は分岐路５４に流れる電流を低電圧化及び小電流化して出力する。

　図２は、実施の形態１に係る電力系統保護システムの制御部の機能ブロック図である。制御部８０は、継電器１４が短絡事故又は地絡事故による異常の発生を検出した際に出力する異常検出信号を受信する異常検出信号受信部８１と、計器用変成器１５が出力する電流の大きさに基づいて転流が完了したことを検出する転流完了検出部８２と、転流器１２の半導体スイッチ１２１を制御する半導体スイッチ制御部８３と、遮断器１１を制御する遮断器制御部８４とを備える。

　図３は、実施の形態１に係る電力系統保護システムの遮断器の引き外し機構の概略構成図である。遮断器１１は、加熱抵抗３１と、加熱抵抗３１に取り付けられたバイメタル３２と、固定鉄心３３１及び可動鉄心３３２を有する電磁石３３と、可動鉄心３３２に固定された引き外し棒３４と、モールドケース３５と、モールドケース３５の内部に支え腕３６によって回転可能に支持された共通引き外し軸３７とを備えた引き外し機構４０を備える。また、引き外し機構４０は、共通引き外し軸３７から突出するラッチ３８と、ラッチ３８に係合するローラトリガ３９とを備える。遮断器１１の引き外し機構４０は、バイメタル３２による熱動引き外しと、電磁石３３による電磁引き外しとを行う熱動電磁式である。

　過電流が流れることによって加熱抵抗３１で発生するジュール熱によりバイメタル３２の温度が上昇すると、バイメタル３２は矢印Ａ方向に湾曲し、共通引き外し軸３７を矢印Ｂ方向に回転させる。共通引き外し軸３７が矢印Ｂ方向に回転することにより、ラッチ３８とローラトリガ３９との係合が解除され、遮断器１１はトリップする。

　また、短絡電流のような大電流が過電流として流れる場合、可動鉄心３３２に電流が流れ、可動鉄心３３２が固定鉄心３３１に吸引される。この際、可動鉄心３３２に固定された引き外し棒３４は、共通引き外し軸３７に設けられた突起に接触し、共通引き外し軸３７を矢印Ｂ方向に回転させる。共通引き外し軸３７が矢印Ｂ方向に回転することにより、ラッチ３８とローラトリガ３９との係合が解除され、遮断器１１はトリップする。下位遮断器１１２として用いられる遮断器１１は、短絡事故又は地絡事故により流れる事故電流を検出する不図示の検出部を備えており、遮断器１１が自身で事故の発生を検知して、電磁引き外し動作を行う。主幹遮断器１１１として用いられる遮断器１１は、短絡事故又は地絡事故により流れる事故電流を検出する検出部を備えておらず、遮断器制御部８４から出力されるトリップ指令を受信すると電磁引き外し動作を行う。なお、短絡事故又は地絡事故により流れる事故電流を検出する不図示の検出部を備えた遮断器１１を主幹遮断器１１１として用いてもよく、この場合には、制御部８０は、遮断器制御部８４を省略した構成とすることができる。

　図４は、実施の形態１に係る電力系統保護システムの遮断器の引き外し特性を示す図である。遮断器１１は、過電流の大きさが電流Ｉ１以下の場合には、バイメタルによる熱動引き外し動作が行われ、過電流の大きさが電流Ｉ１を超える場合には、電磁石による電磁引き外しが行われる。熱動引き外しは、加熱抵抗３１で発生するジュール熱がバイメタル３２に伝わることによって行われるため、電磁引き外しよりも動作時間が長くなっている。

　図５は、実施の形態１に係る電力系統保護システムの遮断器の電磁引き外しの動作の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１において短絡事故又は地絡事故が発生して事故電流が流れる。ステップＳ２において、可動鉄心３３２に電流が流れて電磁引き外しが始動する。ステップＳ３において、可動鉄心３３２に固定された引き外し棒３４が共通引き外し軸３７を回転させることにより、ラッチ３８とローラトリガ３９との係合を解除する引き外しラッチ動作が行われる。ステップＳ４において、引き外しラッチ動作によってローラトリガ３９が回転し、不図示の可動接点が不図示の固定接点から開離し始める。この際には、可動接点と固定接点との間にアークが発生する。ステップＳ５において、予め設定された位置まで可動接点が移動することにより可動接点と固定接点との開離が完了し、アークが引き延ばされる。ステップＳ６において、引き延ばされたアークが消弧することにより、電流の遮断が完了する。以上の動作において、短絡事故又は地絡事故が発生してからステップＳ４において接点の開離が開始されるまでの時間が開極時間となる。

　図６は、実施の形態１に係る電力系統保護システムの保護対象である電力系統の分岐路に短絡事故又は地絡事故による異常が発生した状態を示す図である。なお、図６では、電力系統保護システム１００の一部のみを図示しており、継電器１４及び計器用変成器１５などの図示は省略している。分岐路５４の一つで短絡事故又は地絡事故による異常が発生すると、負荷５３を通らずに電流が流れることにより、短絡事故又は地絡事故による異常が発生した分岐路５４には、定格電流２１よりも大きい電流である事故電流２２が流れる。継電器１４は、事故電流２２を検出すると、短絡事故又は地絡事故による異常の発生を制御部８０に通知する。また、短絡事故又は地絡事故による異常が発生した分岐路５４に設置されている下位遮断器１１２は、短絡事故又は地絡事故を検知して、電磁引き外しによるトリップ動作を行う。

　短絡事故又は地絡事故による異常の発生が通知された制御部８０は、転流器１２に半導体スイッチ１２１をオンする指令を出力する。例えば、制御部８０は、短絡事故又は地絡事故によって遮断器１１が開極したことを検知すると、転流器１２に半導体スイッチ１２１をオンする指令を出力する。図７は、実施の形態１に係る電力系統保護システムの転流器の半導体スイッチがオンになった状態を示す図である。なお、図７では、電力系統保護システム１００の一部のみを図示しており、継電器１４及び計器用変成器１５などの図示は省略している。転流器１２は、図７では不図示の中性線５５に事故電流を転流する際に、少なくとも遮断器１１が短絡事故又は地絡事故の発生を検知するとオン状態とされる。例えば、転流器１２は、事故電流を中性線５５に転流する際に、少なくとも遮断器１１が開極したことを検知するとオン状態とされる。半導体スイッチ１２１は機械式スイッチよりも動作速度が速いため、制御部８０が転流器１２及び下位遮断器１１２に対して同時に指令を出力したとしても、転流器１２の半導体スイッチ１２１をオンする動作は、下位遮断器１１２のトリップ動作よりも先に行われる。すなわち、下位遮断器１１２のトリップ動作が行われる時点では、転流器１２の半導体スイッチ１２１は既にオンされた状態となって事故電流２２は中性線５５に転流しており、分岐路５４に流れる電流は事故電流２２よりも小さくなっている。このため、下位遮断器１１２のトリップ動作においては、アークは発生しないか、又は、弱いアークしか発生しない。このため、トリップ動作による下位遮断器１１２の劣化を抑制することができる。

　下位遮断器１１２のトリップが完了した後、制御部８０は、転流器１２の半導体スイッチ１２１をオフする。図８は、実施の形態１に係る電力系統保護システムの転流器の半導体スイッチがオフになった状態を示す図である。なお、図８では、電力系統保護システム１００の一部のみを図示しており、継電器１４及び計器用変成器１５などの図示は省略している。短絡事故又は地絡事故による異常が発生した分岐路５４に設置されている下位遮断器１１２はトリップ状態であるため、短絡事故又は地絡事故による異常が発生した分岐路５４には電流は流れない。これにより、短絡事故又は地絡事故による異常が発生しなかった分岐路５４及び主幹系統５２のみに定格電流２１が流れる。

　なお、継電器１４が事故電流を検出してから転流器１２の半導体スイッチ１２１をオンする指令が出力されるまでの時間は、電力系統５０に流れる電流の周波数の１／４サイクル未満とすることが好ましい。図９は、実施の形態１に係る電力系統保護システムの短絡事故又は地絡事故による異常発生時の事故電流の推移の第１の例を示す図である。図９において、実線は、短絡事故又は地絡事故により異常が発生した主幹系統５２又は分岐路５４に設置されている遮断器１１に流れる電流を示し、一点鎖線は、転流器１２の半導体スイッチ１２１に流れる電流を示し、破線は、事故電流を機械式の遮断器で遮断する電力系統保護システムにおいて事故電流遮断時に遮断器に流れる電流を示している。図９に示す第１の例では、継電器１４が事故電流を検出してから転流器１２の半導体スイッチ１２１をオンする指令が出力されるまでの時間は、電力系統５０に流れる電流の周波数の１／４サイクル以上となっている。時刻ｔ１１において短絡事故又は地絡事故による異常が発生すると、時刻ｔ１２ａにおいて、下位遮断器１１２は、短絡事故又は地絡事故の発生を検知して、電磁引き外しによるトリップ動作を開始する。時刻ｔ１２ｂにおいて、制御部８０は、転流器１２に半導体スイッチ１２１をオンする指令を出力する。このため、時刻ｔ１２ｂ以降は、半導体スイッチ１２１に流れる電流が増加するとともに、下位遮断器１１２に流れる電流が減少する。時刻ｔ１３において下位遮断器１１２のトリップ動作が完了する。下位遮断器１１２に電流が流れなくなったことを検出した計器用変成器１５が、事故電流の転流が完了したことを制御部８０に通知することにより、時刻ｔ１４において、制御部８０は、転流器１２に半導体スイッチ１２１をオフする指令を出力する。このため、時刻ｔ１４以降は、半導体スイッチ１２１に流れる電流が減少する。増加する時刻ｔ１５において、半導体スイッチ１２１をオフする動作が完了する。下位遮断器１１２がトリップしているため、転流器１２の半導体スイッチ１２１をオフしても短絡事故又は地絡事故による異常の発生箇所には電流が流れない。

　図９に示すように、継電器１４が事故電流を検出してから転流器１２の半導体スイッチ１２１をオンする指令が出力されるまでの時間が、電力系統５０に流れる電流の周波数の１／４サイクル以上であると、下位遮断器１１２に流れる電流は、事故電流の転流が開始される前に最大となってしまう。したがって、継電器１４が事故電流を検出してから転流器１２の半導体スイッチ１２１をオンする指令が出力されるまでの時間が、電力系統５０に流れる電流の周波数の１／４サイクル以上であると、転流器を設けない電力系統保護システムの下位遮断器と同等の遮断容量を持つ遮断器を下位遮断器に用いなければならないことになる。

　図１０は、実施の形態１に係る電力系統保護システムの短絡事故又は地絡事故による異常発生時の事故電流の推移の第２の例を示す図である。図１０において、実線は、短絡事故又は地絡事故により異常が発生した主幹系統５２又は分岐路５４に設置されている遮断器１１に流れる電流を示し、一点鎖線は、転流器１２の半導体スイッチ１２１に流れる電流を示し、破線は、事故電流を機械式の遮断器で遮断する電力系統保護システムにおいて事故電流遮断時に遮断器に流れる電流を示している。時刻ｔ１において短絡事故又は地絡事故による異常が発生すると、時刻ｔ２において、下位遮断器１１２は、短絡事故又は地絡事故の発生を検知して、電磁引き外しによるトリップ動作を開始する。また、制御部８０は、転流器１２に半導体スイッチ１２１をオンする指令を出力する。このため、時刻ｔ２以降は、半導体スイッチ１２１に流れる電流が増加するとともに、下位遮断器１１２に流れる電流が減少する。時刻ｔ３において下位遮断器１１２のトリップ動作が完了する。下位遮断器１１２に電流が流れなくなったことを検出した計器用変成器１５が、事故電流の転流が完了したことを制御部８０に通知することにより、時刻ｔ４において、制御部８０は、転流器１２に半導体スイッチ１２１をオフする指令を出力する。このため、時刻ｔ４以降は、半導体スイッチ１２１に流れる電流が減少する。増加する時刻ｔ５において、半導体スイッチ１２１をオフする動作が完了する。下位遮断器１１２がトリップしているため、転流器１２の半導体スイッチ１２１をオフしても短絡事故又は地絡事故による異常の発生箇所には電流が流れない。このため、短絡事故又は地絡事故による異常が発生した分岐路５４以外の分岐路５４では、送電が正常に再開される。実施の形態１に係る電力系統保護システム１００において、下位遮断器１１２に流れる電流の最大値は、転流器を設けない電力系統保護システムにおいて下位遮断器に流れる電流の最大値よりも小さくなっているため、転流器を設けない電力系統保護システムよりも低遮断容量の小型の遮断器を用いることができる。

　転流器１２は、遮断器１１が個々に持つ遮断容量を集約することが可能であり、転流器１２の並直列数を変更することにより、電力系統保護システム１００全体の遮断容量を容易に調整できる。また、電力系統保護システム１００では、高遮断容量の遮断器１１が不要になるため、遮断器１１の機種を統一することにより遮断器１１の機種数を低減することができる。遮断器１１の機種を統一することにより、遮断器１１の機種選定が不要となり、盤設計を標準化することが可能となる。また、電力系統保護システム１００の遮断容量を大容量化する場合、遮断器１１全てを入れ替える必要はなく、転流器１２のみの並直列数を調整するだけで良いため、容易に電力系統保護システム１００全体の遮断容量を大容量化できる。

　なお、上記の説明においては、分岐路５４において短絡事故又は地絡事故による異常が発生した場合を例に挙げて説明したが、主幹系統５２において短絡事故又は地絡事故による異常が発生した場合には、主幹系統５２に設置された継電器１４が短絡事故又は地絡事故による異常の発生を検知したら、制御部８０が、主幹遮断器１１１をトリップさせるとともに、転流器１２の半導体スイッチ１２１をオンすることにより、事故電流の転流及び短絡発生箇所の切り離しを行うことができる。

　なお、三相交流の各相に対応して複数の電力系統５０を設ける場合には、制御部８０は、二相短絡であれば、短絡事故が発生した二つの相に対応する電力系統５０の転流器１２の半導体スイッチ１２１をオンし、三相短絡であれば三つの相に対応する電力系統５０の転流器１２の半導体スイッチをオンすることで、短絡事故が発生した相においてのみ事故電流の転流及び短絡発生箇所の切り離しを行うことができる。

　半導体スイッチ１２１の動作速度は、機械式スイッチの動作速度よりも高速であるため、実施の形態１に係る電力系統保護システム１００は、機械式の遮断器を用いるよりも早く異常発生箇所に事故電流が流れないようにすることができ、事故波及範囲が大きくなることを防ぐことができる。また、事故電流の転流後には、短絡事故又は地絡事故による異常が発生した分岐路５４に設置された下位遮断器１１２で定格電流を遮断することにより、短絡事故が発生した箇所を切り離すことができる。主幹遮断器１１１及び下位遮断器１１２は、事故電流を遮断する必要がなく、定格電流を遮断できればよいため、低遮断容量の小型の遮断器を用いることにより、電力系統保護システム１００の小型化を図れる。さらに、主幹遮断器１１１及び下位遮断器１１２が事故電流を遮断しないことにより、国際電気標準会議の定める規格であるIEC　60947-1,　Coordination　of　the　components　of　the　motor　circuit,　type2に規定される、「電磁開閉器の軽い溶着を除く、いかなる損傷もないこと。交換することなく引き続き使用が可能なこと。」という保護協調に準拠することが容易である。

　また、転流器１２の半導体スイッチ１２１は通常はオフ状態で、短絡事故又は地絡事故による異常発生時のみオンされるため、冷却のための設備を設ける必要がない。

　実施の形態１に係る電力系統保護システム１００は、事故電流の転流完了後には、短絡事故又は地絡事故による異常が発生した主幹系統５２又は分岐路５４に設置された遮断器１１で異常発生箇所に流れる電流を遮断できるため、短絡事故又は地絡事故による異常の発生から短時間で負荷５３への送電を再開できる。

　なお、上記の説明においては、半導体スイッチ１２１を用いた転流器１２を例に挙げたが、転流器１２は、電力系統５０に流れる電流の周波数の１／４サイクルよりも高速で動作が可能な機械式スイッチを用いて構成することも可能である。

　また、遮断器１１は、短絡事故又は地絡事故が発生した際に流れる事故電流を限流する限流ユニットを備えていてもよい。図１１は、実施の形態１の変形例に係る電力系統保護システムの遮断器の限流ユニットの模式図である。限流ユニット６０は、固定接触子７１に設けられた固定接点７２の周囲に設置されたグリッド６１と、固定接触子７１に設けられた突起部６２とを備える。グリッド６１は、複数の絶縁性部材が狭い間隔で配置されて構成されている。短絡事故又は地絡事故が発生した際に事故電流が流れると、可動接触子７３と固定接触子７１との間に電磁反発力が働き、可動接触子７３が矢印Ｃ方向に回転することにより可動接触子７３に設けられた可動接点７４が固定接点７２から離れて、可動接点７４と固定接点７２との間に図１１中に線Ｘで示すようにアークが発生する。可動接点と固定接点との間に発生したアークは、図１１中に線Ｙで示すようにグリッド６１に引き寄せられ、アークスポットが強制縮小されてアーク柱が絞り込まれる。その後、図１１中に線Ｚで示すように固定接点７２のアークスポットが突起部６２へ高速で転流され、アークはグリッド６１によって冷却される。その後遮断器１１本体がトリップ動作し、遮断が完了する。

　遮断器１１が限流ユニット６０を備える場合、制御部８０は、限流ユニット６０の自動開極を検知して、転流器１２にオン指令を出してもよい。この場合、遮断器１１の開極を検知する場合と比較して、より早いタイミングで転流器１２をオンすることが可能であり、且つ、限流ユニット６０の効果により転流及び遮断に要する時間を短縮することが可能になる。

実施の形態２．
　図１２は、実施の形態２に係る電力系統保護システムの構成を示す図である。実施の形態２に係る電力系統保護システム１００は、制御部８０が転流器１２に設けられている点で、実施の形態１に係る電力系統保護システム１００と相違する。この他は、実施の形態１に係る電力系統保護システム１００と同様であるため、重複する説明は省略する。

　実施の形態２に係る電力系統保護システム１００は、制御部８０が転流器１２に設けられているため、制御部８０と半導体スイッチ１２１を接続する信号線が短く、半導体スイッチ１２１をオン又はオフする指令を制御部８０から半導体スイッチ１２１まで伝送する際の遅延が小さい。このため、短絡事故又は地絡事故による異常の発生から事故電流の転流までに要する時間を短くすることができる。

実施の形態３．
　図１３は、実施の形態３に係る電力系統保護システムの構成を示す図である。実施の形態３に係る電力系統保護システム１００は、制御部８０が継電器１４に設けられている点で、実施の形態１に係る電力系統保護システム１００と相違する。制御部８０は、電圧線５６のうち、短絡事故又は地絡事故が発生する可能性が高いと思われる主幹系統５２又は分岐路５４に設置された継電器１４に設けられている。実施の形態３においては、主幹系統５２に設置された継電器１４に制御部８０が設けられている。この他は、実施の形態１に係る電力系統保護システム１００と同様であるため、重複する説明は省略する。

　実施の形態３に係る電力系統保護システム１００は、制御部８０が継電器１４に設けられているため、制御部８０と継電器１４とを接続する信号線が短く、継電器１４から制御部８０まで事故検出信号を伝送する際の遅延が小さい。このため、短絡事故又は地絡事故による異常の発生から事故電流の転流までに要する時間を短くすることができる。

実施の形態４．
　図１４は、実施の形態４に係る電力系統保護システムの制御部の構成を示す図である。実施の形態４に係る電力系統保護システム１００は、制御部８０が転流回数記憶部８５を備える点で、実施の形態１に係る電力系統保護システム１００と相違する。この他は、実施の形態１に係る電力系統保護システム１００と同様であるため、重複する説明は省略する。

　転流回数記憶部８５は、半導体スイッチ１２１をオンする指令を転流器１２に出力した回数を記憶する。

　短絡事故又は地絡事故による異常が発生して電圧線５６に事故電流が流れた場合、定格電流を超える大電流が流れることから、主幹系統５２及び分岐路５４が劣化したり、負荷５３が劣化したり、遮断器１１、継電器１４及び計器用変成器１５などが劣化したりする可能性がある。

　機械式の遮断器で事故電流を遮断する場合には、電流遮断時に発生するアークによって遮断器の接点部の一部が溶融するなどの痕跡が生じるため、遮断器で事故電流を遮断したことを事後的に認識することが可能である。このため、機械式の遮断器を用いた電力系統保護システムのユーザは、短絡事故又は地絡事故による異常の発生直後ではなくても、電力系統保護システムのメンテナンス時に事故電流の痕跡を発見して電圧線５６などの交換を行うことができる。これに対し、実施の形態３に係る電力系統保護システム１００は、転流器１２が事故電流を中性線５５に転流するため、遮断器１１では事故電流が遮断されず、遮断器１１には事故電流の痕跡が残らない。しかし、実施の形態３に係る電力系統保護システム１００では、半導体スイッチ１２１をオンする指令を転流器１２に出力した回数を転流回数記憶部８５に記憶するため、電力系統保護システム１００のユーザは、転流回数記憶部８５に記憶された回数を確認することで、電圧線５６に短絡事故又は地絡事故による異常が発生したことを事後的に認識することが可能である。したがって、実施の形態３に係る電力系統保護システム１００のユーザは、短絡事故又は地絡事故の発生直後ではなくても、電力系統保護システム１００のメンテナンス時に事故電流の痕跡を発見して電圧線５６などの交換を行うことができる。

　図１５は、実施の形態１から実施の形態４に係る電力系統保護システムの制御部のハードウェア構成を示す図である。制御部８０は、各種処理を実行するプロセッサ９１と、メインメモリであるメモリ９２と、情報を記憶する記憶装置９３とを備えたコンピュータシステムによって実現される。

　プロセッサ９１は、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＣＰＵ(Central　Processing　Unit)、又はＤＳＰ(Digital　Signal　Processor)といった演算手段であってもよい。また、メモリ９２には、ＲＡＭ(Random　Access　Memory)、ＲＯＭ(Read　Only　Memory)、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ(Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）(Electrically　Erasable　Programmable　Read　Only　Memory)といった不揮発性又は揮発性の半導体メモリを用いることができる。記憶装置９３には、転流器１２及び遮断器１１を制御する処理を実行するためのプログラムが格納されている。

　上記のコンピュータシステムは、プロセッサ９１が記憶装置９３に記憶された、各構成要素の処理に対応するプログラムをメモリ９２に読み出して実行することにより、制御装置１３の機能を実現する。また、メモリ９２は、プロセッサ９１が実行する各処理における一時メモリとしても使用される。プロセッサ９１が実行するプログラムは、記憶媒体に記憶された状態で提供されてもよいし、ネットワークを介して提供されてもよい。

　以上の実施の形態に示した構成は、内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

　１１　遮断器、１２　転流器、１３　制御装置、１４　継電器、１５　計器用変成器、２１　定格電流、２２　事故電流、３１　加熱抵抗、３２　バイメタル、３３　電磁石、３４　引き外し棒、３５　モールドケース、３６　支え腕、３７　共通引き外し軸、３８　ラッチ、３９　ローラトリガ、４０　引き外し機構、５０　電力系統、５１　トランス、５２　主幹系統、５３　負荷、５４　分岐路、５５　中性線、５６　電圧線、５７　グラウンド、５８　接地線、６０　限流ユニット、６１　グリッド、６２　突起部、７１　固定接触子、７２　固定接点、７３　可動接触子、７４　可動接点、８０　制御部、８１　異常検出信号受信部、８２　転流完了検出部、８３　半導体スイッチ制御部、８４　遮断器制御部、８５　転流回数記憶部、９１　プロセッサ、９２　メモリ、９３　記憶装置、１００　電力系統保護システム、１１１　主幹遮断器、１１２　下位遮断器、１２１　半導体スイッチ、３３１　固定鉄心、３３２　可動鉄心。

Claims

　変電機器二次側設備から供給される電流が流れる電圧線と、接地された中性線とを備える電力系統を保護する電力系統保護システムであって、
　前記電圧線に設置される遮断器と、
　前記遮断器よりも前記変電機器二次側設備側で前記電圧線と前記中性線とを接続する転流器とを備え、
　前記電圧線に短絡事故又は地絡事故による異常が発生した際に、前記電圧線に流れる事故電流を、前記転流器を介して前記中性線に転流することを特徴とする電力系統保護システム。
　前記転流器は、前記事故電流を前記中性線に転流する際に、少なくとも前記遮断器が前記短絡事故又は前記地絡事故の発生を検知するとオン状態とされることを特徴とする請求項１に記載の電力系統保護システム。
　前記転流器は、前記事故電流を前記中性線に転流する際に、少なくとも前記遮断器が開極したことを検知するとオン状態とされることを特徴とする請求項２に記載の電力系統保護システム。
　前記転流器は、前記遮断器が開極するよりも先に前記事故電流を前記中性線に転流を開始することを特徴とする請求項２に記載の電力系統保護システム。
　前記転流器は、前記電圧線に前記短絡事故又は前記地絡事故による異常が発生してから、前記電圧線を流れる電流の周波数の１／４サイクル未満の時間内に前記事故電流を前記中性線に転流することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電力系統保護システム。
　前記電圧線は、前記変電機器二次側設備に接続された主幹系統と、前記主幹系統から分岐する複数の分岐路とを有し、
　前記遮断器は、前記主幹系統に設置された主幹遮断器と、前記分岐路の各々に設置された下位遮断器とを有し、
　前記転流器は、前記主幹遮断器よりも前記変電機器二次側設備側で前記主幹系統と前記中性線とを接続することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電力系統保護システム。
　前記転流器は、並列又は直列に接続された複数の半導体スイッチを備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の電力系統保護システム。
　前記事故電流の前記中性線への転流が完了したことを検出する転流完了検出部を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の電力系統保護システム。
　前記転流器及び前記遮断器を制御する制御部を備えることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の電力系統保護システム。
　前記電圧線に流れる電流を監視する継電器を備え、
　前記制御部は、前記継電器に設けられることを特徴とする請求項９に記載の電力系統保護システム。
　前記転流器が前記事故電流を前記中性線に転流した回数を記憶する転流回数記憶部を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の電力系統保護システム。
　前記遮断器及び前記転流器が同じ変電盤に設置されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の電力系統保護システム。