JP2000341847A - 位相再構成を用いる引外し装置及びこの引外し装置を有する遮断器 - Google Patents

位相再構成を用いる引外し装置及びこの引外し装置を有する遮断器

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JP2000341847A
JP2000341847A JP2000111709A JP2000111709A JP2000341847A JP 2000341847 A JP2000341847 A JP 2000341847A JP 2000111709 A JP2000111709 A JP 2000111709A JP 2000111709 A JP2000111709 A JP 2000111709A JP 2000341847 A JP2000341847 A JP 2000341847A
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Dominique Boudaud
ドミニク、ブドー
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】位相再構成を用いて、広い測定範囲全体にわた
って高精度の再構成を達成する引外し装置を提供する。 【解決手段】位相再構成を用いる引外し装置は、センサ
によって供給される電流信号を表す信号Is1,Is3
を受け取る位相再構成手段6を含む処理ユニット1を有
する。前記位相再構成手段は、2つのセンサによって供
給される電流信号Is1,Is3の振幅を表す信号Ia
1,1a3を決定する手段11,12,25と、2つの
センサによって供給される信号を表す信号の間の移相を
表す信号F(p),S(p),cos(p)を決定する
手段15,27〜33と、振幅を表す信号及び2つのセ
ンサによって供給される信号の移相を表す信号に従って
再構成される相電流を表す信号Ia22,Ia2,I2
を決定する手段13,14,16,17,34を有す
る。遮断器はこの引外し装置を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は位相再構成を用いる
引外し装置に係り、保護されるべき主導体上に配設され
た少なくとも2つのセンサと、前記センサに接続された
電流信号を処理する電流信号処理手段、前記センサから
供給される電流信号を受け取って位相を再構成する位相
再構成手段、前記電流信号処理手段及び前記位相再構成
手段に接続された引外し機能処理手段を有する処理ユニ
ットと、を備えた引外し装置に関する。本発明は、この
種引外し装置を有する遮断器にも関する。
【0002】
【従来の技術】位相再構成を用いる引外し装置は一般に
2つの主要相導体上に配設された2つのセンサを有し、
電力系統が3相方式である場合には第3位相を表す信号
を再構成する。各センサは、電流測定値が2つの相電流
の和を表すように2つの主要導体を囲むことも可能であ
る。これらのタイプの引外し装置は、米国特許第5,7
77,835号明細書及び第5,815,357号明細
書に記載されている。
【0003】測定されない位相の再構成用には、サンプ
リング手段が電流信号サンプルを規則的な時間間隔で供
給する。処理手段は、マイクロプロセッサを有し、失わ
れた相信号を逐一算定する。
【0004】この処理モードにおいては、失われた位相
の算定は十分には正確でない傾向がある。例えば磁気回
路変流器のような電流センサは実際には非線形レスポン
スを有する。レスポンスの非線形性は、特に大電流にお
ける磁気回路の飽和に起因する。
【0005】従って、主導体における電流が増大する
と、即座に、逐一行われる再構成は不正確になる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、位相
再構成を用いて、広い測定範囲全体に亙って高精度の再
構成の達成を可能にする引外し装置を提供することにあ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に基づく引外し装
置における位相再構成手段は、2つのセンサによって供
給される電流信号の振幅を表す信号を決定する第1決定
手段と、2つのセンサによって供給される信号を表す信
号の間の移相を表す信号を決定する第2決定手段と、振
幅を表す信号及び2つのセンサによって供給される信号
の移相を表す信号に従って再構成される相電流を表す信
号を決定するために第1及び第2決定手段に接続された
第3決定手段とを有する。
【0008】好ましい実施形態における第2決定手段
は、2つのセンサによって供給された信号を表す信号間
の移相余弦を算定する手段を有する。
【0009】第2決定手段は電流センサによって供給さ
れた信号が所定方向に零交叉する時刻を決定する手段を
有することが好ましく、この場合、前記時刻は第1信号
が零交叉する時が第1時刻であり、第2信号が零交叉す
る時が第2時刻であり、第1信号が再び零交叉する時が
第3時刻であり、移相を表す信号はそれぞれ、第1信号
の周期に対応する第1時刻と第3時刻の間の時間に対す
る第1時刻と第2時刻の間の時間の比にかなり明確に比
例する。
【0010】好ましい実施例における第3決定手段は、
振幅を表す信号と移相を表す信号の積を算定するための
積信号計算第1手段を有する。
【0011】第3決定手段は平方振幅信号と積信号の和
を算定する和信号計算手段を有することが有利である。
【0012】引外し装置は、全ての主導体上に配設され
た電流センサを有するゼロ相電流を決定する手段を有す
ることが好ましい。
【0013】好ましい実施形態において、2つのセンサ
によって供給された電流信号の少なくとも1つが事前設
定された第1しきい値を超過した場合に、再構成手段は
第3手段によって供給された信号を使用する。
【0014】各電流センサは2つの主導体を囲むことが
有利である。
【0015】4極実施形態において、引外し装置は、保
護されるべき主導体上に配設された少なくとも3つのセ
ンサと、センサによって供給された電流信号の振幅を表
す信号を決定する第1決定手段と、振幅を表す信号、2
つのセンサによって供給された信号の移相を表す信号、
及び、第3センサによって供給された信号とに従って再
構成された相電流を表す信号を決定する第1及び第2決
定手段に接続された第3決定手段とを有する。
【0016】本発明の実施形態に基づく遮断器は、主導
体及び上に定義された特徴を有する引外し装置と直列接
続された少なくとも3つの接点を有する。
【0017】他の利点及び特徴は、以下に示す添付図面
に示す限定的意味をもたない本発明の特定実施形態に関
する次の記述から一層明瞭になるはずである。
【0018】
【発明の実施の形態】図1の引外し装置は、保護される
べき導体36を流れる電流Ip1,Ip2,Ip3を表
す信号Is1及びIs3を受け取るために、2つの電流
センサ2及び3に接続された処理ユニット1を有する。
【0019】信号Is1及びIs3は、電流信号処理回
路4の入力へ供給される。電流信号処理回路路4は、こ
れによって測定及び処理された電流を表す信号を引外し
機能処理回路5へ供給する。
【0020】電流信号処理回路4及び引外し機能処理回
路5に接続された位相再構成回路6は測定された電流を
表す信号を受け取り、再構成された位相を表す信号を供
給する。従って、図1の装置において、引外し機能処理
回路5は、保護されるべき導体を流れる3相電流を表す
信号を受け取る。
【0021】事前設定された時限中に電流信号がしきい
値を越えると、引外し機能処理回路5は引外し機能を実
施し、引外し信号をリレー7に供給する。引外し機能
は、遅延が著しく長いか、遅延が短いか、瞬間的な引外
し機能である。リレーは、開放機構を介して接点8の開
放を命令する。
【0022】電流センサ2又は3は一般に非線形レスポ
ンスを生じる磁気回路を有する。例えば、一次導体36
に流れる電流が増大すると変流器は飽和する。この場
合、各電流サンプルにおいて逐一再構成するということ
は、誤った位相再構成信号を生じる傾向がある。
【0023】本発明の一実施形態に基づく引外し装置
は、電流信号が変形した場合に再構成エラーを防止又は
制限する改良された再構成手段を有する。
【0024】図2は本発明の一実施形態に基づく引外し
装置を示す。センサ2及び3は、このダイアグラムにお
いて位相1の電流及び位相3の電流を測定するように、
主一次導体36上にそれぞれ配設される。これらのセン
サ2及び3は、その二次巻線がそれぞれ測定抵抗器9及
び10を流れる電流を供給する特殊変流器である。
【0025】電流Ip1及びIp3を表す信号Is1及
びIs3は、例えば前記電流信号の実効値I1及びI3
を決定する電流信号処理回路4に供給される。
【0026】図2の実施形態において、再構成回路は信
号Is1及びIs3を受け取り、再構成された信号I2
を供給する。
【0027】信号Is1及びIs3は、それぞれ信号I
s1及びIs3を表す振幅信号Ia1及びIa3を決定
する演算手段11及び12へ供給される。例えば、信号
Ia1及びIa3は、ピーク検出器の1つによって検出
可能である。例えば変流器のようなセンサからの、変形
に関するレスポンスは、瞬間値又は実効値で表したレス
ポンスよりも一層線形的であり、感度では劣る。
【0028】本発明の他の実施形態において、振幅Ia
1及びIa3の値も、電流信号処理回路4によって供給
された実効値I1及びI3から、例えばその値の平方根
を求めることによって同様に決定できる。Ia1及びI
a3は、信号Is1及びIs3の濾波又はフーリエ変換
を実施することにより決定できる。
【0029】信号Ia1及びIa3は、振幅信号Ia1
及びIa3の平方Ia1及びIa3を決定する演算
手段13及び14へ供給される。
【0030】位相再構成回路6は、信号Is1とIs3
の間の移相にしたがって信号F(φ)を決定するために
前記信号Is1及びIs3を表す信号を受け取る演算手
段15を有する。
【0031】演算手段15は、信号Is1とIs3の間
の移相信号φを決定し、その後で移相信号φの余弦を決
定することが好ましい。余弦の値には係数2を掛け算で
きる。
【0032】振幅信号Ia1,Ia3、及び、信号F
(φ)は、前記信号の積を求める演算手段16に供給さ
れる。
【0033】演算手段16は、振幅信号Ia1及びIa
3と信号F(φ)の積を表す信号Pを供給する。
【0034】次に、合計演算手段17は、振幅信号Ia
とIa3及び積信号Pの平方の和を求める。この
ようにして、演算手段17は、再構成された位相の振幅
の二乗を表す信号Ia2を供給する。
【0035】信号1a2は、前記信号1a2の平方
根1a2を算定する演算手段18へ供給される。次に、
演算手段19は、再構成された位相の電流Ip2を表す
再構成された信号の実効値I2を決定する。
【0036】電流信号処理回路4によって供給される信
号I1,I3及び再構成された信号I2は引外し機能処
理回路5へ供給される。
【0037】次式は、図2に示すように、本発明の特定
の実施形態における位相再構成回路によって決定される
信号を表す。
【0038】(1)式は、移相信号に依存する信号F
(φ)を表す。
【数1】
【0039】(2)式は、信号Ia1,1a3,及
び,F(φ)の積を表す信号Pを表す。
【数2】
【0040】(3)式は、再構成された相電流の振幅の
平方値を再構成する信号1a2を表す。
【数3】
【0041】(4)式は、再構成された相電流の振幅の
信号Ia2を表す。
【数4】
【0042】(5)式は、再構成された位相の実効電流
を表す信号I2を表す。
【数5】
【0043】ゼロ相電流検出器20は、一次電流Ip1
とIp2とIp3のベクトル和が明確にゼロであるかど
うかを有利に検査することを可能にする。図2の実施形
態において、電流Ip2が、Ip1又はIp3を介して
戻ることなしに回路を流れている場合には、実際には、
当該電流は再構成されないはずである。
【0044】従って、ゼロ相電流センサ21へ接続され
たゼロ相電流検出器20は、単一相電流が流れていて、
これが測定されない場合であっても、電気回路の保護が
達成されることを可能にする。
【0045】ゼロ相電流を表す信号が事前設定されてい
るしきい値を越えた場合には、ゼロ相電流検出器20は
リレー7に直接命令することができる。接地又はゼロ相
検出保護引外し機能に関して特殊化された装置にゼロ相
電流検出器20を統合するも可能である。
【0046】図3は、信号Is1とIs3、及び、前記
信号間の移相の検出モードを示す。例えば、信号Is1
は、時刻t1において零交叉し、上昇を継続する。信号
Is3は、時刻t2において零交叉し、上昇を継続す
る。次に、時刻t3において信号Is1は再び零交叉
し、上昇を継続する。
【0047】本発明の一実施形態に基づく引外し装置に
おいて、相信号の周期は、時刻t1とt3の間の経過時
間(t3−t1)を検出することによって決定され、移
相信号S(φ)は、時刻t1とt2の間の経過時間(t
2−t1)と周期(t3−t1)の比率を計算すること
によって決定される。移相信号S(φ)は、(6)式に
より次のように表される。
【数6】
【0048】この場合、信号S(φ)は、0から360
度、又は、0から2πラジアンの間の値を表す0から1
までの間の値をとることができる。
【0049】引外し装置の性能を改良するには、センサ
からの電流に基づいて位相再構成回路が異なる方法で作
動可能である。例えば、第1電流レベルから第2電流レ
ベルまでの間において、センサの第1電流レベルまで
は、従来の方式において、本発明の一実施形態に従って
再構成が作動し、次に、電流が第2電流レベル即ち瞬間
引外ししきい値を越えると、再構成なしの瞬間的に引外
し作動する。
【0050】本発明の一実施形態に基づく引外し装置
は、図4に表される引外し曲線に示す帯域に従って作動
可能である。例えば、第1しきい値S1より低い第1帯
域22において、引外し装置は第1再構成モードに従っ
て作動する。
【0051】第1しきい値より高く、第2しきい値S2
より低い第2帯域23において、引外し装置は、図2に
示す再構成モードに従って作動し、しきい値S2以上に
おける引外し装置は、帯域24において再構成なしに動
作する。例えば、第1しきい値S1は、引外し装置の定
格電流Inの約5倍であり、第2しきい値S2は定格電
流Inの10倍であっても差し支えない。
【0052】図5は、本発明の一実施形態に基づき位相
再構成を用いた引外し装置の動作の流れ図を示す。
【0053】ステップ25において、引外し装置は、測
定される電流の振幅Ia1及びIa3を決定する。次
に、ステップ26において、再構成モードを決定するた
めに、測定された電流はしきい値S1と比較される。し
きい値S1を超過する場合には、測定された電流の振幅
を使用する再構成モードに従って再構成が実施される。
【0054】交叉して上昇する電流Is1は、ステップ
27の時刻t1において検出される。零交叉して上昇す
る電流信号Is2はステップ28の時刻t2において検
出される。ステップ29において、移相を決定するため
に時間t2−t1が算定される。
【0055】ステップ30において、再び零交叉して上
昇する信号Is1は時刻t3において検出される。この
時刻t3は後続するサイクルにおける移相を算定するた
めの新規な時刻t1(n+1)とも見なすことができ
る。
【0056】信号Is1(t3−t1)の周期の算定は
ステップ31において実施される。ステップ32は、後
続するサイクルの算定に用いられる時刻t1としてt3
を記憶することを可能にする。ステップ33において、
移相を表す信号F(φ)が算定される。次に、ステップ
34において、再構成された信号I2が、例えば、
(5)式によって表される計算に従って算定される。
【0057】引外し機能は、電流信号I1,I2,I3
を用いて、ステップ35において処理される。
【0058】図6及び7は、本発明に基づく4極遮断器
用引外し装置の他の実施形態を示す。これらの図におい
て、4極は、例えば3極と中性点である。従って、図6
及び7において、電流センサ37は、一次中性電流Ip
nを表す信号Isnを電流信号処理回路4へ供給する。
この場合、位相再構成回路6も信号Isnを表す信号を
受け取り、引外し機能処理回路5は、電流信号処理回路
4によって処理された中性電流を表す信号Inを受け取
る。
【0059】これらの実施形態において、位相再構成回
路6は、信号Is1,Is3,Isnに従い、再構成さ
れた信号I2を供給する。位相再構成回路6は、2つの
ステップにおいて信号I2の値を再構成することが好ま
しい。
【0060】第1ステップにおいて、振幅信号Ia1と
Ia3、及び、移相信号φ3,cos(φ3)、又は、
信号Is1とIs3の間のF(φ3)に従って中間値I
0が決定される。例えば、中間信号I0の振幅信号Ia
0は(4)式によって決定されることが好ましい。
【0061】(7)式は、再構成された中間信号の振幅
信号Ia0を表す。
【数7】
【0062】信号Ia0の移相φ0は、(8)式、
(9)式又は(10)式に従って決定可能である。
【数8】
【0063】第2ステップにおいて、再構成された相信
号の振幅値Ia2、及び/又は、実行値I2は、Ia
1,Ia3、及び、信号Isnの振幅及び移相信号φ0
cos(φ0)又は信号Is0とIsnの間のF(φ
0)を表す中性信号Ianに依存する中間振幅信号Ia
0に従って決定される。信号I2又はIa2の決定は、
(3)式、(4)式、(5)式及び(7)式に定義され
ている方法と同じ方法に従って実施されることが好まし
い。従って、4極遮断器用の実施形態においてさえも、
I2の値は、I0を与えるIs1及びIs3の振幅、及
び、信号Is1とIs3の間の移相に依存する移相φ0
に従って再構成され、信号Isnは追加ステップにおい
て用いられる。
【0064】前述の実施形態に記載された全ての回路及
び演算手段は、1つの単一回路に集め、遮断器内に統合
することができる。
【0065】これらの回路は、アナログ、及び/又は、
デジタル形式で達成可能である。
【0066】全ての機能は、ハードワイヤード方式にお
いて、又は、マイクロプロセッサ又はマイクロコントロ
ーラにプログラムされた方式において達成可能である。
【0067】センサ2及び3は、一次電流測定のため
に、それぞれ、1つ又は2つの導体を囲んで配置でき
る。センサが2つの導体を囲む場合には、電流センサに
よる引外し装置の電力供給は全ての構成例において実施
可能である。
【0068】引外し装置は、補助電源を用いて電流セン
サ2及び3により、及び/又は、ゼロ相電流センサによ
って電源供給可能である。
【0069】再構成された電流信号を用いる他の機能
は、引外し装置と連携させることができる。
【0070】これらの機能は、例えば、電流値又は通信
機能のディスプレイであり得る。
【0071】上述の引外し装置は、3相遮断器に統合さ
れることが好ましいが、独立して達成され、保護リレー
として作動することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】知られている型の再構成を用いる引外し装置の
結線図である。
【図2】本発明の一実施形態に従って再構成を用いる引
外し装置の結線図である。
【図3】2つの電流センサからの出力信号及び移相検出
モードを示す図である。
【図4】少なくとも2つの再構成帯域を有する本発明の
一実施形態に従った引外し装置の引外し曲線を示す図で
ある。
【図5】本発明の一実施形態に従った位相再構成を用い
る引外し装置の動作の流れ図を示す。
【図6】本発明に従った4極遮断器用引外し装置の他の
実施形態を示す図である。
【図7】本発明に従った4極遮断器用引外し装置の他の
実施形態を示す図である。
【符号の説明】
1 処理ユニット 2,3 センサ 4 電流信号処理回路 5 引外し機能処理回路 6 位相再構成回路 7 リレー 20 ゼロ相電流検出器

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】保護されるべき主導体(36)上に配設さ
    れた少なくとも2つのセンサ(2,3)と、 前記センサに接続された電流信号を処理する電流信号処
    理手段(4)、前記センサから供給される電流信号(I
    s1,Is3)を受け取って位相を再構成する位相再構
    成手段(6)、前記電流信号処理手段及び前記位相再構
    成手段に接続された引外し機能処理手段(5)とを有す
    る処理ユニット(1)と、 を備えた位相再構成を用いる引外し装置において、 前記位相再構成手段は、 2つのセンサによって供給された電流信号(Is1,I
    s3)の振幅を表す信号(Ia1,Ia3)を決定する
    第1決定手段(11,12,25)と、 2つのセンサによって供給される信号(Is1,Is
    3)を表す信号の間の移相を表す信号F(φ),S
    (φ),cos(φ),(φ),(φ0)を決定する第
    2決定手段(15,27〜33)と、 振幅を表す信号及び前記2つのセンサによって供給され
    る信号の移相を表す信号に従って再構成される相電流を
    表す信号(Ia2,Ia2,I2)を決定する第1及
    び第2決定手段に接続された第3決定手段(13,1
    4,16,17,34)と、 を備えたことを特徴とする引外し装置。
  2. 【請求項2】前記第2決定手段が、前記2つのセンサに
    よって供給される信号(Is1,Is3)を表す信号の
    間の移相の余弦を算定する手段(15,33)を有する
    ことを特徴とする請求項1に記載の引外し装置。
  3. 【請求項3】前記第2決定手段が、前記電流センサによ
    って供給される信号が所定方向において零交叉する時刻
    を決定する手段を有し、前記時刻が第1信号(Is1)
    が零交叉する第1時刻(t1)と、第2信号(Is3)
    が零交叉する第2時刻(t2)と、第1信号(Is1)
    が再び零交叉する第3時刻(t3)とであり、移相を表
    す信号が、第1時刻(t1)と前記第1信号の周期に対
    応する第3時刻(t3)の間の時間(t3−t1)に対
    する第1時刻(t1)と第2時刻(t2)の間の時間
    (t2−t1)の比に略比例することを特徴とする請求
    項1又は2に記載の引外し装置。
  4. 【請求項4】前記第3決定手段が、振幅を表す信号と移
    相を表す信号の積信号(P)を算定する第1手段(1
    6)を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれ
    か1項に記載の引外し装置。
  5. 【請求項5】前記第3決定手段が、平方振幅信号(Ia
    ,Ia3)と積信号(P)の和を算定する和信号
    (Ia2)計算手段(17)を有することを特徴とす
    る請求項4に記載の引外し装置。
  6. 【請求項6】全ての主導体上に配設された電流センサ
    (21)を有するゼロ相電流決定手段(20)を有する
    ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載
    の引外し装置。
  7. 【請求項7】前記再構成手段が、前記2つのセンサによ
    って供給される電流信号(Is1,Is3)の少なくと
    も1つが事前設定された第1しきい値(S1)を超過し
    た時に第3決定手段によって供給される信号を使用する
    ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載
    の引外し装置。
  8. 【請求項8】各電流センサ(2,3)が2つの主導体を
    囲むことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に
    記載の引外し装置。
  9. 【請求項9】保護されるべき主導体(36)上に配設さ
    れた少なくとも3つのセンサ(2,3,37)と、前記
    センサによって供給される電流信号(Is1,Is3)
    の振幅を表す信号(Ia1,Ia3)を決定する第1決
    定手段(11,12,25)と、振幅(Ia1,Ia
    3)を表す信号と、2つのセンサ(2,3)によって供
    給される信号の移相(φ,φ0)を表す信号と、第3セ
    ンサ(36)によって供給される信号(Isn)とに従
    って再構成される相電流を表す信号(Ia2,Ia
    2,I2)を決定する第1及び第2決定手段へ接続され
    る第3決定手段(13,14,16,17,34)とを
    有することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項
    に記載の引外し装置。
  10. 【請求項10】主導体(36)に直列接続された少なく
    とも3つの接点(8)を有する遮断器であって、請求項
    1乃至9のいずれか1項に記載の引外し装置を有するこ
    とを特徴とする遮断器。
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