气体断路器 【技术领域】
本发明涉及气体断路器技术领域，尤其涉及一种切断部主接点和导通阻抗装置并联连接而组成的气体断路器。
背景技术
在气体断路器中，广为人知的是为了抑制导通时发生的导通电涌，切断部主接点和导通阻抗装置电气并联连接而成的结构。导通阻抗装置，具有电气上串联连接的导通阻抗体和阻抗接点。这个阻抗接点组成为，先于切断部主接点的闭合而关闭，由此在主回路上连接导通阻抗体来抑制导通电涌，又，先于切断部主接点的开路而放开阻抗接点，由此从主回路撤离导通阻抗体。
而且，作为电气并联连接切断部主接点和导通阻抗体装置的气体断路器的结构，例如在日本的特许公开公报平成11-250785号(特许文献1)有所记载。
在现有的气体断路器中，在制造这个导通阻抗体时，在设计上会考虑抑制导通电涌的阻抗值和导通动作时的热容量。又，在使用气体断路器的系统中，例如，如有关美国的使用形式的情况，输电线路越长，则在相同输电线路上连续接受雷击的频率越高。为此，对一时的雷击这种事故，从切断动作开始经过规定时间之后，有如C1Op-C1Op-C1Op......连续C1Op动作(只是，断路器的导通记作C1，断路器的断开记做Op)而反复进行连续导通动作的情况。
但是，具有导通阻抗装置的气体断路器中，进行反复C1Op动作的连续导通动作时，在第一次的C1Op动作开始之后，到第二次的C1Op动作开始为止经过的时间没有严格的规定。要想通过设定短的这个经过时间而提高系统的稳定性时，在导通阻抗体没有充分冷却的状态进行下一次的导通动作，因导通阻抗体的温度上升而有达到物理的温度界限值的危险。
于是，导通阻抗装置的导通阻抗体，有必要考虑冷却时间的同时设定C1Op动作的经过时间。但是，如果把这个经过时间设定为和现有情况一样的长度的固定值，则会产生系统的稳定性低下的问题。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题在于：提供一种在考虑导通阻抗装置的导通阻抗体的冷却时间的同时可缩短C1Op动作的经过时间的气体断路器。
为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：一种气体断路器，包括：切断部主接点；与上述切断部主接点电气并联连接，把导通阻抗体和阻抗接点串联连接的导通阻抗装置；先于上述切断部主接点的闭合而闭合上述阻抗接点，且先于上述切断部主接点的开路而断开上述阻抗接点的操作器；对上述操作器提供反复多次导通及切断动作的连续导通动作信号的控制电路。该气体断路器还包括一种演算部，其算出上述导通阻抗体的上升时演算温度及冷却时演算温度，当这个上升时演算温度达到事先设定的上限许可温度阈值时，由上述控制电路提供对上述操作器阻止导通动作信号的导通锁定信号，且，当上述冷却时演算温度达到事先设定的下限许可温度阈值时解除上述导通锁定信号。
依据本发明的气体断路器，以上限许可温度阈值和下限许可温度阈值管理在演算部算出的导通阻抗体的上升时演算温度及冷却时演算温度，所以可以在防止导通阻抗体的温度达到物理地温度界限值的同时可考虑导通阻抗体的温度而决定C1Op动作间的经过时间。也就是说，C1Op动作之间的经过时间，不必如现有的情况那样设为相同的固定值，所以每次可考虑导通阻抗体的上升温度或者冷却温度而做调整。在导通阻抗体超越上限许可温度阈值的状况，给予导通锁定信号，延长经过时间以便可给予规定的冷却时间，又在阻抗体是上限许可温度阈值以下的状况，不必给予导通锁定信号，就可以比先前情况缩短经过时间。结果，可考虑气体断路器的导通阻抗体的冷却时间的同时缩短连续导通动作全体所需要的时间。
【附图说明】
图1是表示依据本发明一实施例形式的气体断路器的整体构成的方框图；
图2是表示图1所示的切断部主接点及阻抗接点的开闭特性和导通阻抗体的温度特性的时序图；
图3是表示图1所示的演算部的处理步骤的流程图。
【具体实施方式】
图1显示了本发明的一实施例气体断路器的整体构成的方框图。作为所熟悉的气体断路器的一般结构，例如，在封装消弧性气体的密闭容器1内配置切断部主接点2，把这个切断部主接点2的两端的连接在绝缘套管3、4的中心导体5、6上。
在密闭容器1内的切断部主接点2上，电气并联连接着由导通阻抗体7和阻抗接点8串联连接而组成的导通阻抗装置。各绝缘套管3、4的下部，分别配置了变流器9、10，连各绝缘套管3、4的空气外部端子的空气线上分别配置了变压器11、12。
进行切断部主接点2及阻抗接点8的开闭操作的操作器13，配置在密闭容器1的外部附近，组成为可接受来自控制电路14的导通及切断动作指令而动作的结构。通常，气体断路器，取变流器9、10和变压器11、12等的系统信号，通过控制电路14，对操作器13给予指令，进行切断部的开闭操作。
但是，在多次反复导通的连续导通动作的情况下，当来自通常的控制电路14的导通动作指令和演算部15的指令的与条件成立时，使之对操作器13给予导通动作指令。也就是说，两变流器9、10做为电流要素取得装置使用，又，变压器11、12做为电压要素取得装置使用，重新附加了使用从这些各要素取得装置获取的电流要素和电压要素等进行后述的明细的演算处理的演算部15。
作为这个演算部15的演算处理结果，把阻止导通动作的导通锁定信号和解除这个导通锁定信号的解除信号给予控制电路14。以这个导通锁定信号给予控制电路14的状态，使控制电路14不给操作器13导通动作指令。
上述的切断部主接点2及阻抗接点8的开闭特性和导通阻抗体7的温度特性的时序图，表现在了图2。由该图所示的开闭特性可知，对于处于切断状态的气体断路器，当由控制电路14给予操作器13导通动作(闭)指令时，首先先于切断部主接点2的闭路，在时刻t1闭合阻抗接点8，对主回路连接导通阻抗体7。接着，经过先行导通时间tR，在时刻t3闭合切断部主接点2。
之后，当主回路的事故没有恢复的情况，对气体断路器由控制电路14再次给予切断动作(开)指令时，在时刻t4放开阻抗接点8，接下来，在时刻t5切断部主接点2开路。这是第一次C1Op动作。之后，在经过了规定经过时间的时刻t6，再次由控制电路14给予导通指令，进行第二次C1Op动作。
尤其这里关注的是C1Op动作之间的经过时间，例如，是后面详细阐述的有关温度特性曲线A的C1Op动作之间的经过时间(t6-t5)。严谨地说，在导通动作指令发出之后到阻抗接点8闭合为止的时间虽然存在，但这里简化了说明，表示为导通动作指令给出的同时阻抗接点8闭合。这个C1Op动作之间的经过时间(t5-t6)，目前为止设为固定值，但这里连导通阻抗体7的温度特性也加进去，设定为可变更的时间。
这样，该图还一并表示了关于连续导通动作时的导通阻抗体7的温度特性。纵轴表示温度，把有关闭合阻抗接点8，对主回路连接导通阻抗体7的时刻t1的导通阻抗体7的温度作为基础温度T2表示。这个基础温度T2，也可以置换为同时刻t1的密闭容器1内的消弧性气体的测定温度。又，纵轴上表示了上限许可温度阈值Tu和下限许可温度阈值Td。
上限许可温度阈值Tu，是设定为比导通阻抗体7的物理温度界限值还要低的设定值。当第一次的导通动作时的导通阻抗体7的温度，仅比这个上限许可温度阈值Tu低一点时，即使是经过事先设定的经过时间(t5-t6)之后进行了第二次导通动作，导通阻抗体7的温度也是不会达到物理上的温度界限值的值。
又，下限许可温度阈值Td，即使由这个温度进行第二次的导通动作，导通阻抗体7的温度也是不会达到物理上的温度界限值而动作的值，且是比基础温度T2还要高的值。又，单纯表示了有关先行导通时间tR的导通阻抗体7的温度上升曲线。
温度特性曲线A，表示的是导通阻抗体7流动比较小的电流I时的温度推移。电流I比较小的情况，注入导通阻抗体7的能量小，导通阻抗体7的温度作为温度特性曲线A，如一点划线所表示上升。
在第一次的导通动作上，切断部主接点2闭合的时刻t3几乎成为第一次峰值温度，而温度特性曲线A并不达到事先设定的上限许可温度阈值Tu。这样，在切断部主接点2闭合的时刻t3之后，电流I的大部分流过切断部主接点2，因此导通阻抗体7，被消弧性气体冷却。
之后，在时刻t5进行切断部主接点2上的切断动作，在经过了规定时间的经过时间之后的时刻t6，导通阻抗体7再次接入主回路，由这个时点，温度特性曲线A再次表示温度上升。然后，这个温度特性曲线A，几乎在时刻t8闭合切断部主接点2的时刻，达到第二次峰值温度。
有关温度特性曲线A的时刻t6的温度，因多少比之前的时刻t1的基础温度T2高，所以时刻t8上的第二次峰值温度比之前的时刻t3的第一次峰值温度还要高。但是，还没有达到上限许可温度阈值Tu。所以，在上述的系统条件及经过时间下，即使进行连续2次的连续导通动作，导通阻抗体7的温度上升也不成为问题。
也就是说，温度特性曲线B，在切断部主接点2闭合的时刻t3，成为第一次峰值温度，加上这个时点上导通阻抗体7的温度已经超过了上限许可温度阈值Tu。不过，切断部主接点2在闭合的时刻t3之后，成为电流I的大部分流过切断部主接点2的状态，导通阻抗体7受到消弧性气体的冷却作用。
之后，在温度特性曲线B中，在时刻t5，进行切断部主接点2上的切断动作之后，如果和电流I小的情况一样，在经过规定的初始经过时间之后的时刻t6，把导通阻抗体7再次接入主回路，由这个时点呈温度再次上升的状态。
在温度特性曲线B中，在时刻t3第一次峰值温度已经超越了上限许可温度阈值Tu。所以，照这样的话，在时刻t8上的第二次峰值温度将达到物理上的温度界限值。这样的现象，不仅出现在电流I增大的情况，还出现在连续导通动作的动作次数增加的情况。
于是，通过演算部15的处理，如由实线所表示的温度特性曲线C，监视导通阻抗体7的温度推移，控制C1Op动作之间的经过时间。也就是说，第一次导通动作时，导通阻抗体7的温度，超越上限许可温度阈值Tu的情况，如温度特性曲线B，第二次导通动作时，由演算部15控制延迟，以便不是在时刻t6闭合阻抗接点8，在比时刻t6还要迟的时刻t7闭合阻抗接点8。
这种情况下的C1Op动作之间的经过时间，成为比初始设定时间(t5-t6)还要长的延迟经过时间(t7-t5)。在这个延长时间中，导通阻抗体7，通过密闭容器1内的消弧性气体冷却，在时刻t7，导通阻抗体7的温度冷却到下限许可温度阈值Td。之后，第二次的C1Op动作开始闭合阻抗接点8。
由这个说明可知道，在多次反复C1Op动作的连续导通动作的情况，并不是现有的那样把C1Op动作之间的经过时间设定为固定值，而是希望应系统条件和连续导通次数，变更C1Op动作之间的经过时间。
为了实现它，作为导通阻抗体7的温度设定了上限许可温度阈值Tu和下限许可温度阈值Td，还设置了测算依据系统条件对导通阻抗体7注入能量以及导通阻抗体7的温度的演算部15。又，这个演算部15，如上述的温度特性曲线C，在时刻t2演算处理达到上限许可温度阈值Tu的情况，又在时刻t7演算处理达到下限许可温度阈值Td的情况。
结果，当演算部15算出达到上限许可温度阈值Tu时，由演算部15对控制电路14给出导通锁定信号，由控制电路14单独阻止对操作器1 3给出导通动作指令。另一方面，演算出达到下限许可温度阈值时Td时，对控制电路14给出解除上述导通锁定信号的解除信号，由控制电路14对操作器13给出导通动作指令。
下面，使用图3所示的流程图，说明这个演算部15上的处理步骤。首先，在步骤S1上，由变流器9、10等取得的电流要素I和由变压器11、12等取得的电压要素V1、V2等，算出切断部的极间阻抗值R。
在步骤2中，为了判断出导通阻抗体7接入主回路的情况，把这个算出的极间阻抗值R和事先设定的先行导通期间识别用阈值R1、R2比较。如果在事先设定的范围内，判断为导通阻抗体7接入主回路。上述的先行导通期间识别用阈值R1、R2是，为了能够把导通阻抗体7接入主回路的情况有所区别于其他情况进行判定，考虑导通阻抗体7的阻抗值而设定的值。
通过其他方法，也能够检测出导通阻抗体7接入主回路的情况，但如上所述，有由电流要素I和电压要素V1、V2等算出极间阻抗值R而判定的优点。这是因为，阻抗接点8不是在接触的时点，而能够检测出阻抗接点8上产生先行放电的时点，所以由主回路可以更加严谨地算出后述的对导通阻抗体7的注入能量。
通过步骤S2的判定，当检测出导通阻抗体7接入主回路的情况，在步骤S3中，由依据有关导通阻抗体7的来自主回路的注入能量的上升温度，和后面详述的上次导通动作时的残留温度即冷却时演算温度T3，算出上升时演算温度T1。
有关导通阻抗体7的来自主回路的依据注入能量的上升温度，由变流器9、10等取得的电流要素I、由变压器11、12等取得的电压要素V1、V2、导通阻抗体7的体积V、导通阻抗体7的体积比热Cv算出。又，上次的导通动作时的残留温度冷却时演算温度T3，当当前是第一次导通动作时，考虑为充分冷却到了密闭容器1内的温度，所以等于图2中说明的基础温度T2。
之后，在步骤S4中，判断算出的导通阻抗体7的上升演算温度T1是否达到了事先设定的上限许可温度阈值Tu。当判断为达到上限许可温度阈值Tu的情况，步骤S5中，演算部15对控制电路14给出导通锁定信号。接受这个信号的控制电路14中，阻止对操作器13的导通动作指令，导通阻抗体7不会接入主回路上。
也就是说，如果以图2说明，在步骤S4中，如温度特性曲线B，在时刻t2检测出达到上限许可温度阈值Tu的情况，在步骤S5中，如温度特性曲线B，在时刻t6防止阻抗接点8再次闭合。
如图2所示的温度特性曲线C，在阻抗接点8的导通上，紧接着在时刻t3，监视在切断部主接点2导通之后开始的导通阻抗体7的冷却。之后，在监视导通阻抗体7的冷却温度达到下限许可温度阈值Td为止的期间，继续阻抗接点8的阻止导通动作。
导通阻抗体7的冷却时温度，由步骤S6所示的运算式子算出。也就是说，导通阻抗体7的冷却时演算温度T4，依据上升时演算温度T1、基础温度T2、在图2的时刻t3切断部主接点2闭合之后导通阻抗体7的冷却开始的冷却经过时间ta、导通阻抗体7的冷却时常数τ算出。
演算部15，在步骤S7中，比较冷却时演算温度T4和下限许可温度阈值Td，沿着图2所示的温度特性曲线C，在时刻t7监视冷却到下限许可温度阈值Td为止。
图2的温度特性曲线C，从时刻t3到时刻t7为止的时间(t7-t3)定为冷却经过时间ta时，冷却时演算温度T4成为下限许可温度阈值Td。当在步骤S7检测出这个时，在步骤S8，把解除上述的导通锁定信号的解除信号给予控制电路14。在这个时点，导通动作指令的与条件成立，成为控制电路14对操作器13给予导通动作指令的状态，第二次C1Op动作开始，成为在迟于图2的时刻t6闭合阻抗接点8的状态。
之后，在步骤S9中，判断是否达到了规定的连续导通动作次数，连续导通次数以二次结束的情况，结束连续导通动作，当主回路事故继续的情况，在切断动作之后保持同状态。但是，在设定次数以便进一步反复联动导通动作的情况下，反复进行同样的处理。
这样，如图2的温度特性曲线C所示，电流I大的情况，和图2的温度特性曲线A所示的电流I小的情况相比，加长有关连续导通动作的C1Op动作之间的经过时间。
由此，给予导通阻抗体7的冷却时间增加，抑制了第二次C1Op动作开始时的导通阻抗体7的温度，在第二次的导通动作上防止达到物理上的温度界限值。而且，导通阻抗体7的温度，由上限许可温度阈值Tu和下限许可温度阈值Td管理，所以不必如先前设定的那样加长冷却时间。
这样，导通阻抗体7防止达到物理的温度界限值的同时，把紧随C1Op动作时间(t5-t1)的经过时间，由初始设定时间(t6-t5)延长为延迟时间(t7-t5)，可以在短时间内进行整体连续导通动作。
但是，在步骤S2的判断上判定为导通阻抗体7没有插入主回路时，或者在步骤S4的判断上判定为导通阻抗体7的上升时演算温度T1是上限许可温度阈值Tu以下的情况，分别到达步骤S10，却不进入上述的步骤S5。由此，导通锁定信号并不给予控制电路14，根据事先设定的C1Op动作之间的经过时间，可继续实施连续导通动作。
这时，在步骤S10中，利用和上述的冷却时演算温度T4一样的数学算式算出演算温度T3，在关于连续导通动作的下次动作的步骤S3中，加上这个冷却时演算温度T3，算出上升时演算温度T1。
以图2所示的温度特性曲线A再次说明这个步骤S10的处理。例如，当时刻t3上的上升时演算温度T1在上限许可温度阈值Tu以下的情况，从这个时刻t3开始，导通阻抗体7通过密闭容器1内的消弧性气体开始冷却。
在时刻t6进行了连续导通动作的下次动作时，以和步骤S6基本一样的算式把冷却经过时间ta作为(t6-t3)算出冷却时演算温度T3，在步骤S3中，在算出有关时刻t8的第二次峰值的上升时演算温度T1之际，在依据注入能量的上升温度上加上冷却时演算温度T3。
之后，在步骤S4中，判断第二次峰值的上升时演算温度T1是否达到了上限许可温度阈值Tu。由此，在时刻t6，进行了连续导通动作的第二次的C1Op动作时，导通阻抗体7的温度会正常反映在演算处理上。又，导通阻抗体7没有充分冷却的情况，冷却时演算温度T3，和基础温度T2一样，这个情况下，导通阻抗体7的温度也会正常反映到演算处理上。
这种演算部15上的处理，如图2的温度特性曲线A所示，即使在电流I小的情况的也可以激活。也就是说，上一次动作时的冷却时温度T3残存，这之后的动作时的上升时演算温度T1上，加上这个时候的冷却时演算温度T3。为此，连续导通动作的动作次数进一步增加，当判断出不知第几次的峰值或者在其附近超越上限许可温度阈值Tu的情况时，同样可以给出导通锁定信号。
因此，和先前的情况一样，导通阻抗体7的温度不会达到物理上的温度界限值，就可以抑制导通阻抗体7的温度上升。而且，使上限许可温度阈值Tu和下限许可温度阈值Td管理导通阻抗体7的温度。为此，如预计设定的那样，不必加长冷却时间，就可以在短时间内进行整体连续导通动作。
在上面说明的本发明的气体断路器中，设置了以事先设定的上限许可温度阈值Tu和下限许可温度Td管理计算的上升时演算温度T1及冷却时演算温度T4的演算部15。利用这个演算部15，通过上限许可温度阈值Tu预测下次C1Op动作时导通阻抗体7达到物理的温度界限值，通过下限许可温度阈值Td预测下次C1Op动作时导通阻抗体7未达到物理的温度界限值之前的冷却时点，通过两者的预测，可以加长C1Op动作之间的经过时间，增加冷却时间。为此，不必拘泥于系统条件和连续导通动作的次数，可在防止导通阻抗体7的温度达到物理的温度界限值的同时，缩短C1Op动作间的经过时间，结果也缩短了整体连续导通动作所需要的时间。
尤其是，对于本发明的实施，如上所述，为了算出上升时演算温度T1，取系统的电流要素I、电压要素V1、V2，算出切断部的极间阻抗值R，由此，反映在主回路负荷电流流过导通阻抗体7的时间上。为此，可以检测出在阻抗接点8上产生先行放电的时点，可以更加严谨地算出主回路给予导通阻抗体7的注入能量，也可以更加确切地进行给出上升时演算温度T1和导通锁定信号的判断以及给出解除这个导通锁定信号的解除信号的判断。
又，在比较理想的实施例中，在算出上升时演算温度T1及冷却时演算温度T4之际，在步骤S10中，加上了来自在上次的导通动作时残存的温度的冷却时演算温度T3，所以可以更加正确地算出上升时演算温度T1及冷却时演算温度T4。
产业上的利用性
本发明的气体断路器，如图1所示，不限于两侧具有绝缘套管3、4的气体断路器，也可适用在有关气体绝缘开闭装置的气体断路器。