JP2000511400A - マルチ電源システムのための接地障害保護回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 多数の電源および多数の接地を有する配電システムを保護するための改善された接地障害保護システムが提供される。好ましい実施例によれば、複数の電源から複数の負荷に電力を分配するための一次電気回路を有する配電回路に、一次コイルに磁気的に結合された接地障害保護回路が設けられている。この一次電気回路は、負荷に電力を分配するための従来のメインバスおよびタイバスと、バス内を電力が流れないように遮断するためのスイッチまたはサーキットブレーカーとを含む。接地障害保護回路は、電流センサと、トリップ機能手段または各サーキットブレーカーに連動した接地障害リレーと、新規に使用される補助トランスとを含む。接地障害が発生すると、接地障害保護回路は、接地障害状態の発生した特定のバスを検出し、これを決定できる。この接地障害保護回路は、次に接地障害をアイソレートし、影響を受けたバス内の適当なサーキットブレーカーをトリップさせるよう、適当なトリップ機能手段だけに関連した電流センサで発生されたトリップ電流を選択的に送る。これにより接地障害に影響を受けていないバス部分内のサーキットブレーカーが不必要にトリップすることが防止される。補助トランスは、従来の接地障害保護回路において、接続、すなわちアクセスできない接地障害保護回路部分にユニークにトリップ電流を送る。

Description

【発明の詳細な説明】 マルチ電源システムのための接地障害保護回路 発明の分野 本発明は、一般的には配電装置のための接地障害保護回路に関し、より詳細に は、多数の電源および接地を有するスイッチボードおよびスイッチ装置のための 接地障害保護回路に関する。 発明の背景 配電システムで接地障害状態が生じた結果として流れる好ましくない短絡回路 電流を検出した際に、自動的に回路を遮断するために接地障害保護（ＧＦＰ）回 路が一般に使用されている。かかるＧＦＰ回路は、通常、配電システムのそれぞ れの分岐回路内で生じる障害を迅速に検出し、障害を別々にアイソレートするた めの手段を含み、障害が生じているシステム領域に瞬時に応答し、この領域に対 する電力だけを遮断し、よって他の領域へ必要な電力も送られなくなることを防 止するよう選択的な調整方式を利用している。かかるＧＦＰ回路の一例は、「配 電装置のためのアース障害応答保護システム」を発明の名称とする米国特許第3, 259,802号に記載されている。このタイプの保護回路は、システムの他の部分へ の電力を遮断することなく、特定のシステムエリアでの障害を選択的に除くこと ができるよう、ゾーン保護連動方式を利用している。かかるＧＦＰ回路では、（ 電源から離れた）下流側のサーキットブレーカーから（電源により近い）上流側 サーキットブレーカーへ制限信号を送信し、上流側サーキットブレーカーがトリ ップしないように命令し、下流側サーキットブレーカーがトリップし障害をアイ ソレートできるようにしている。従って、給電回路で接地障害が生じると、メイ ンサーキットブレーカーは、遮断しないように防止されるが、給電回路のサーキ ットブレーカーは、遮断することができる。従って、メイン電力バスは、使用状 態のままであるが、障害の生じた給電回路は、遮断され障害がアイソレートされ る。 このタイプのＧＦＰ回路は、１つのサーキットブレーカーがトリップし障害を 除くだけでよいような単一電源の配電システムでは、極めて有効である。しかし ながら、最近の配電システムが次第に複雑となり多数の電源および電流路を使用 するにつれ、かかるシステムは、回路を適当に保護するために複数のサーキット ブレーカーを増設しなければならなくなった。従って、より複雑な接地障害保護 回路が必要とされている。 多数の電源に対応できるように、既に二次回路を使用するような他のタイプの ＧＦＰ回路が設計されている。米国特許第3,949,272号、第4,068,275号および第 4,110,808号には、このタイプの回路が開示されている。かかる回路が接地障害 リレーを作動させ、指定サーキットブレーカーをトリップさせ、よって接地障害 を有する一次回路の部分に対する電流だけを遮断するのに制御電流すなわち、ト リップ回路をルーティングするための二次電流を使用している。しかしながら、 これら保護回路の欠点としては、接地障害をアイソレートするのに時間−電流ト リップ調整方式またはゾーン選択連動方式が必要となることが挙げられる。 これら保護回路の別の欠点は、サーキットブレーカーを制御するのに補助制御 接点を使用しなければならないことである。特に米国特許第4,110,808号に示さ れた保護回路の欠点は、トリップすべき特定のサーキットブレーカーを調整する ことが困難であることである。これにより接地障害中に必要以上に多数のサーキ ットブレーカーがトリップし、よって、より必要以上に多くの負荷が電力を失う こととなる。更に、このタイプの回路は、正常な作動中にサーキットブレーカー のすべてを閉じさせるわけではない。米国特許第4,068,275号に記載のタイプの 回路は、接地障害が生じたシステム部分をアイソレートし電力を遮断するために 、より多数の装置、例えば電流トランスを必要とするので、高価であるという欠 点を有する。米国特許第3,949,272号に示されたタイプの回路の欠点は、最近の サーキットブレーカーの一部の進歩した機能を利用できないことにある。 従って、従来技術の限界を克服し、多数の電源、負荷および接地を有する配電 システムを有効に保護でき同時に不必要な停電を防止するために、十分なゾーン 選択性を提供できる改善された接地障害保護回路を提供するという顕著なニーズ がある。 発明の概要 本発明は、多数の電源および多数の接地を有する配電システムと保護するため の改善された接地障害保護システムを提供するものである。好ましい実施例によ れば、複数の電源から複数の負荷に電力を分配するための一次電気回路を有する 配電回路には、一次回路に磁気的に結合された接地障害保護回路が設けられてい る。一次電気回路は、バス内を電力が流れないように電力を遮断するためのサー キットブレーカーを含む。接地障害保護回路は、電流センサと、トリップ機能手 段、すなわち各サーキットブレーカーに連動した接地障害リレーと、新規に使用 される補助トランスとを含む。接地障害が発生すると、接地障害保護回路は、接 地障害状態が生じた特定のバスを検出し、これを決定できる。次に接地障害保護 回路は、接地障害をアイソレートするよう影響を受けたバス内の適当なサーキッ トブレーカーをトリップするよう、適当なトリップ機能手段のみに関連する電流 センサによって生じたトリップ電流を選択的に送り、これにより接地障害によっ て影響を受けていないバス部分内のサーキットブレーカーが不必要にトリップす ることが防止される。補助トランスは、従来の接地障害保護回路において接続さ れていないか、すなわちアクセスできない接地障害保護回路部分にトリップ電流 をユニークに送る。補助トランスを使用していることにより、i)補助接点が不要 となり、ii)一次回路内のサーキットブレーカーのすべてを最初に閉じておくこ とができ、iii)接地障害によって影響を受けていないバス部分内のサーキットブ レーカーの不必要なトリップを防止するよう、時間−電流トリップの調整および ゾーン選択連動方式が不要となる。 図面の簡単な説明 次の詳細な説明および添付図面から、本発明の別の課題および利点が明らかと なろう。 図１は、本発明の好ましい実施例に係わる接地障害保護回路を有する代表的な 配電システムの略図である。 図２Ａ〜２Ｄは、各図が回路を解析する個々のステップを示す、図１に示され た配電システムの略図である。 本発明は、種々の変形が可能であり、種々の形態にすることができるが、添付 図面に特定の実施例を例示し、これについて詳細に説明する。しかしながら、本 発明は、説明する特定の形態に限定されるものでなく、逆に本発明は、添付した 請求の範囲に記載した発明の要旨および範囲内に入るすべての変形例、均等物お よび代替例をカバーするものである。 好ましい実施例の詳細な説明 本発明の上記以外の別の利点および機能と共に、本発明を更に良好に理解する ために、上記図面と関連して次の説明および添付した請求の範囲を参照する。 図１は、好ましい実施例に係わる三相４線式配電システム１０のワンライン略 図である。このシステム１０は、システム１０で生じ得る接地障害条件によって 生じた電流から一次回路を保護するための本発明の好ましい実施例に係わる一次 回路および二次回路、すなわち接地障害保護回路とを含む。一次回路は、３本の メインバス１２、１４および１６と、これらメインバスを相互接続する２本のタ イバス１８および２０から成る。電源、三相接地−中性トランス２２、２４、２ ６は、メインサーキットブレーカーが閉じられている時にそれぞれメインスイッ チ、すなわちサーキットブレーカーＭ１、Ｍ２およびＭ３を介してメインバス１ ２、１４および１６にそれぞれ接続されている負荷２８、３０、３２に電力を供 給している。メインサーキットブレーカーＭ１が開放されると、電源２２がそれ に関連するバス１２から切断され、メインサーキットブレーカーＭ２が開放され ると、電源２４がそれに関連するバス１４から切断され、メインサーキットブレ ーカーＭ３が開放されると、電源２６がそれに関連するバス１６から切断される 。タイバス１８は、タイスイッチ、すなわちサーキットブレーカーＴ１を含み、 このサーキットブレーカーＴ１は、閉じられると、メインバス１２と１４とを接 続し、開放されるとタイバス１８を開放し、メインバスを互いに切断する。タイ バス１０は、タイスイッチ、すなわちサーキットブレーカーＴ２を含む。このサ ーキットブレーカーＴ２は、閉じられると、メインバス１４と１６とを接続し、 開放されると、タイバス２０を開放し、メインバスを互いに切断する。メインバ ス１２、１４、１６ならびにタイバス１８および２０は、それぞれ１２ａ、１４ ａ、１６ａ、１８ａおよび２０ａと表示された三相導線と、それぞれ１２Ｎ、１ ４Ｎ、１６Ｎ、１８Ｎおよび２０Ｎと表示された中性導線とから成る。 電源２２、２４および２６が示されているが、これら電源の各々は、中性点が 実線で２２ａ、２４ａおよび２６ａにアースされているＹ字状に接続された三相 巻線を有するトランスの二次巻線から成る。電源２２の中性点は、中性導線１２ Ｎに接続されているが、電源２４の中性点は、中性導線１４ａに接続されており 、電源２６の中性点は、中性導線１６Ｎに接続されている。 本発明の好ましい実施例に係わる接地障害保護回路は、一次回路に磁気的に結 合されており、システム１０をシステム内で生じ得る接地障害から保護するよう に設けられている。例えば、メインバス１２で接地障害が生じた場合、通常、こ の障害をシステムの他の部分からアイソレートするためにメインサーキットブレ ーカーＭ１とタイサーキットブレーカーＴ１とを開放する必要がある。かかる状 況では、他のサーキットブレーカーＭ２、Ｍ３およびＴ２は電源２４および２６ からの遮断されない電力が正常なバス１４、１６および２０を流れ続けることが できるように、接地障害が発生する前の状態のままでなければならない。 同様に、メインバス１４で接地障害が生じた場合、この障害を他のバスからア イソレートするためにメインサーキットブレーカーＭ２およびタイサーキットブ レーカーＴ１およびＴ２を開放し、電源２２および２６からのそれぞれのメイン バス１２および１６への電力を維持するために、メインサーキットブレーカーＭ １およびＭ２を閉じたままにしなければならない。 メインサーキットブレーカーＭ１、Ｍ２およびＭ３ならびにタイサーキットブ レーカーＴ１およびＴ２の接地障害トリップ機能は、ＧＦＭ１、ＧＦＭ２、ＧＦ Ｍ３、ＧＦＴ１およびＧＦＴ２とそれぞれ表示されたトリップ機能、すなわち接 地障害リレーによって制御される。これら接地障害リレーが有効に附勢されると （すなわち、これらリレーに所定レベル以上の電流が流れて附勢されると）、閉 じている場合の関連するサーキットブレーカーは、開放される。例えば、所定の レベルを越える電流が接地障害リレーＧＦＭ１を流れると、メインサーキットブ レーカーＭ１が開放される。 本発明の原理によれば、接地障害リレーＧＦＭ１、ＧＦＭ２、ＧＦＭ３、ＧＦ Ｔ１およびＧＦＴ２の有効な附勢は、接地障害保護回路を流れる電流によって制 御される。接地障害保護回路は、接地障害リレーと、電流センサ３４、３６、３ ８、４０および４２と、補助トランスＡＴとを含む。電流センサは、個々のセン サ位置における一次導線を流れる電流のベクトル和に応答する。補助トランスＡ Ｔは、１：１または５：５の変換比を有することが好ましい。 電流センサの各々は、関連する位相の中性バスを流れる電流を検出するための ４つの電流トランス（図示せず）から成る。これら電流トランスは、接地障害保 護回路に別個に印加するための位相バスおよび中性バスを流れる電流を表示する 電流信号を発生する。４つのトランスは、並列に接続された三相の中性および二 次巻線結合された一次巻線を有し、これらの並列な組み合わせは、アース障害保 護回路に直列に結合された出力ターミナルを有する。電流センサは、電流センサ の位置における３つの一次導線および中性導線を流れる電流のベクトル和にほぼ 比例するターミナルを通過する電流を発生する。このベクトル和がゼロである限 り、電流サーキットブレーカーは、ターミナルを通る有効二次電流を発生しない が、このベクトル和が増加するにつれ、この二次電流は、増加する。４つの電流 トランスを有する電流センサを利用する好ましい実施例が示されているが、電流 検出の同じ原理に従う限り、任意の数の電流トランスを利用する電流センサを利 用できると理解すべきである。すなわち、電流センサは、ベクトル和がゼロの時 に、そのターミナルを通過するような有効二次電流を発生せず、ベクトル和がゼ ロでない時には二次電流を発生する。 電流センサ３４、３６、３８、４０および４２ならびに補助トランスＡＴの極 性は、巻線に隣接する正方形の黒い点（極性マーク）によって表示されている。 より詳細に説明すれば、一次電流がこの一次巻線近くの黒い点を通って所定の一 次巻線に進入すると、二次巻線に隣接する黒い点を通って二次電流が関連する二 次巻線を離れる。一次電流の方向が反転すれば、これに対応して二次電流の方向 も反転する。 メインサーキットブレーカーＭ１の領域には、このメインサーキットブレーカ ーＭ１に隣接するメインバス１２に一次巻線が結合している４つの電流トランス （図示せず）を有する電流センサ３４が設けられている。二次巻線は、並列に接 続され、この並列な組み合わせは、接地障害保護回路において、それぞれノード ４４および４６に結合されたターミナル３４ａおよび３４ｂを有する。電流セン サ３４は、ターミナル３４ａおよび３４ｂを通る電流を発生するが、この二次電 流は、ベクトル和が増加するにつれて増加する。 メインバス１４を通過する電流のベクトル和を検出するために、メインサーキ ットブレーカーＭ２の領域に電流センサ３６が設けられている。この電流センサ ３６は、メインサーキットブレーカーＭ２に隣接するメインバス１４に一次巻線 が結合されている４つの電流トランス（図示せず）を含む。これら二次巻線は、 並列に接続され、これら並列の組み合わせは、接地障害保護回路においてノード ４４および４７にそれぞれ結合されたターミナル３６ａおよび３６ｂを有する。 電流センサ３６は、電流センサの位置においてメインバス１４を流れる電流のベ クトル和にほぼ比例した、ターミナル３６ａおよび３６ｂを通過する電流を発生 する。ベクトル和がゼロである限り、電流センサ３６は、ターミナル３６ａおよ び３６ｂを通過する有効二次電流を発生しないが、この二次電流は、ベクトル和 が増加するにつれて増加する。 メインバス１６を通過する電流のベクトル和を検出するために、メインサーキ ットブレーカーＭ３の領域に電流センサ３８が設けられている。この電流センサ ３８は、メインサーキットブレーカーＭ３に隣接するメインバス１６に一次巻線 が結合されている４つの電流トランス（図示せず）を含む。これら二次巻線は、 並列に接続され、これら並列の組み合わせは、接地障害保護回路においてノード ４８および５０にそれぞれ結合されたターミナル３８ａおよび３８ｂを有する。 電流センサ３８は、電流センサの位置においてメインバス１６を流れる電流のベ クトル和にほぼ比例した、ターミナル３８ａおよび３８ｂを通過する電流を発生 する。ベクトル和がゼロである限り、電流センサ３８は、ターミナル３８ａおよ び３８ｂを通過する有効二次電流を発生しないが、この二次電流は、ベクトル和 が増加するにつれて増加する。 タイバス１８を通過する電流のベクトル和を検出するために、サーキットブレ ーカーＴ１の領域に電流センサ４０が設けられている。この電流センサ４０は、 タイサーキットブレーカーＴ１に隣接するタイバス１８に一次巻線が結合されて いる４つの電流トランス（図示せず）を含む。これら二次巻線は、並列に接続さ れ、これら並列の組み合わせは、接地障害保護回路においてノード４６および５ ２にそれぞれ結合されたターミナル４０ａおよび４０ｂを有する。電流センサ４ ０は、電流センサの位置においてタイバス１８を流れる電流のベクトル和にほぼ 比例した、ターミナル４０ａおよび４０ｂを通過する電流を発生する。ベクトル 和がゼロである限り、電流センサ４０は、ターミナル４０ａおよび４０ｂを通過 する有効二次電流を発生しないが、この二次電流は、ベクトル和が増加するにつ れて増加する。 タイバス２０を通過する電流のベクトル和を検出するために、サーキットブレ ーカーＴ２の領域に電流センサ４２が設けられている。この電流センサ４２は、 タイサーキットブレーカーＴ２に隣接するタイバス２０に一次巻線が結合されて いる４つの電流トランス（図示せず）を含む。これら二次巻線は、並列に接続さ れ、これら並列の組み合わせは、接地障害保護回路においてノード５２および５ ０にそれぞれ結合されたターミナル４２ａおよび４２ｂを有する。電流センサ４ ２は、電流センサの位置においてタイバス２０８を流れる電流のベクトル和にほ ぼ比例した、ターミナル４２ａおよび４２ｂを通過する電流を発生する。ベクト ル和がゼロである限り、電流センサ４２は、ターミナル４２ａおよび４２ｂを通 過する有効二次電流を発生しないが、この二次電流は、ベクトル和が増加するに っれて増加する。 接地障害リレーＧＦＴ１は、一方の側がノード４４で電流センサ３４のターミ ナル３４ａに結合されており、反対側がノード５４において接地障害リレーＧＦ Ｍ１の一方の側とＧＦＭ２の一方の側とに結合されている。接地障害リレーＧＦ Ｍ１の反対側は、ノード４６で電流センサ３４のターミナル３４ｂおよび電流セ ンサ４０のターミナル４０ａに結合されている。接地障害リレーＧＦＭ２の反対 側は、補助トランスＡＴの一次巻線の一端に結合されており、補助トランスＡＴ の一次巻線の他端は、電流センサ４０のターミナル４０ｂ、電流センサ４２のタ ーミナル４２ａおよびノード４７ならびに５２に結合されている。 補助トランスＡＴの二次巻線の一端は、電流センサ３４のターミナル３４ａ、 電流センサ３８のターミナル３８ａ、接地障害リレーＧＦＴ２の一端、ノード６ ０およびノード４４および４８に結合されている。補助トランスＡＴの二次巻線 の他端は、接地障害リレーＧＦＴ２の他端、接地障害リレーＧＦＭ３の一端およ びノード６２に結合されている。接地障害リレーＧＦＭ３の他端は、ノード５０ において接地障害センサ３８のターミナル３８ｂおよび接地障害リレー４２のタ ーミナル４２ｂに結合されている。 次に、種々の条件における接地障害保護回路の作動について説明する。接地障 害保護回路に電流が流れる場合を分析する際には、次のこと、すなわち（ａ）所 定のトランスの二次巻線に大きな電流が流れるには、その一次巻線内に対応する 電流が存在していなければならないこと、（ｂ）各接合ポイント、すなわちノー ドでキルヒホッフの第１法則が満たされていなければならないこと（すなわち、 かかる各ノードにおける瞬間的なすべての電流の代数和がゼロでなければならな いこと）を思い出す必要がある。 接地障害保護回路を分析するにあたり、ある仮定をしなければならない。例え ば、あるサーキットブレーカーが閉じているか、または開放されており、更にメ インバスおよびタイバスを電流が流れている場合を仮定する。図では、電流が流 れる方向は、矢印で示されており、その大きさは、矢印に隣接して単位をベース として表示されている。図２Ａは、すべてのサーキットブレーカーが閉じられて おり、メインバス位相導線１２ａに電源２２からの１単位の電流が流れており、 メインバス位相導線１４ａには電源２４からの０.５単位の電流が流れており、 メインバス位相導線１６ａには電流２６からの０.５単位の電流が流れていると 仮定する。更に、メインバス１４でＧＦと表示された接地障害状態が存在し、こ の状態が２単位の電流から成ると仮定する。接地障害として電源からシステム１ ０に総計２単位の電流が流入し、システムから２単位の電流が流出している。シ ステム１０に流入しかつ流出する電流の総計はゼロである。 キルヒホッフの第１法則によれば、電源から電流が流れる場合、この電流は、 電源に戻らなければならず、電源へ戻るどんな電流も流出する電流に等しくなけ ればならない。配電システムでは電源に戻る際の電流が流れる電流路は、多数存 在する。例えば、電流は、密閉体の板金内または中性導線を流れることができる 。図示したシステムでは、中性線を通って流れることができる電流を検討するこ とが重要である。 図２Ｂは、接地障害電流がどれだけ多くシステムに再流入でき電源に戻ること ができるかについて、システム１０を分析する際に行う仮定を示している。まず 電源２２の接地された中性点２２ａに０.５単位の電流が流入し、電源２４の接 地された中性点２４ａに１.５単位の電流が流入し、電源２６の接地された中性 点２６ａにゼロ単位の電流が流入すると仮定する。従って、２単位の電流がシス テム１０に戻るように流れ、このことは、接地障害ＧＦを通してシステムの外に 流れる２単位の電流をバランスさせている。各電源に流れる電流は、流れ出る電 流に等しくなければならない。特定の接地ポイントに進入する電流が電源に流入 する電流とバランスしていなければ、中性点導線から余分な電流または不足した 電流が生じているはずである。従って、中性導線から中性導線に電流が流れなけ ればならない。従って、電流は、電源に戻る電流のすべてをバランスさせるため に、図示するように中性導線１２Ｎ、１４Ｎ、１６Ｎ、１８Ｎおよび２０Ｎ内を 電流が流れなければならない。例えば、中性導線１４ａに１単位の電流が流れな ければならず、この電流は、中性導線１８Ｎと２０Ｎに０.５単位の電流が流れ るようにノード５６で分割される。 図２Ｃは、電流センサの各々においてメイン導線１２ａ、１４ａ、１６ａ、１ ８ａおよび２０ａを流れる電流を示し、電流センサから流出する電流を示してい る。例えば、位相電流導線１２ａを通して電流センサ３４の極性マーク内に１単 位の電流が流れ、中性導線１２Ｎを通して電流センサ３４の極性マークから０. ５単位の電流が流れる。これら２つの電流の合計は、極性マークに流入する０. ５単位の電流となるので、ターミナル３４ａにおいて電流センサ３４の二次側か ら０.５単位の電流が流れる。 電流センサ３６では、位相導線１４ａを通して極性マーク内に０.５単位の電 流が流入し、中性導線１４Ｎを通して極性マークに１単位の電流が流入する。従 って、電流センサ３６のターミナル３６ａから１.５単位の電流が流れる。 電流センサ３８では、位相導線１６ａを通して極性マーク内に０.５単位の電 流が流入し、中性導線１６Ｎを通して極性マークから１単位の電流が流出する。 従って、電流センサ３８の二次側からは、電流は流れない。 電流センサ４０では、位相導線１８ａを通して極性マーク内に１単位の電流が 流入し、中性導線１８Ｎを通して極性マークから０.５単位の電流が流出する。 従って、ターミナル４０ａにおいて電流センサ４０の二次側から０.５単位の電 流が流出する。 電流センサ４２では、位相導線２０ａを通して極性マーク内に０.５単位の電 流が流出し、中性導線２０Ｎを通して極性マークに０.５単位の電流が流入する 。従って、電流センサ４２の二次側からは、電流は流れない。 図２Ｄは、接地障害保護回路内を流れる単位ごとの電流を示す。図２Ｃからタ ーミナル４０ａからノード４６に０.５単位の電流が流入し、ノード４６からタ ーミナル３４ｂに０.５単位の電流が流出することが判る。ノード４６に流出す る電流は、バランスしているので、図２Ｄに示されるように接地障害リレーＧＦ Ｍ１を通ってノード４６に流入する電流はない。従って、接地障害リレーＧＦＭ １は、メインサーキットブレーカーＭ１をトリップさせることはない。更に接地 障害リレーＧＦＭ１からノード５４に流入する電流は、ゼロである。 図２Ｃにおけるノード５２を見ると、ターミナル４０ｂから０.５単位の電流 が流出し流入すること、およびターミナル４０ａからノードに電流が流入しない ことが判る。従って、図２Ｄに示されるように、ノード４７からノード５２に０ .５単位の電流が流入するはずである。図２Ｃに示されるように、電流センサ３ ６のターミナル３６ｂに１.５単位の電流が流入するので、ノード５４から接地 障害リレーＧＦＭ２を通り、補助トランスＡＴの一次コイル、すなわち底部コイ ルを通ってノード４７内に２単位の電流が流入するはずである。この２単位の電 流は、図２Ｄに示されるように電流センサ３６のターミナル３６ｂに向かってノ ード４７から流出する１.５単位の電流と、ノード５２に向かってノードから流 出する０.５単位の電流に分割される。 図２Ｄに示されるように、補助トランスＡＴの底部コイルを２単位の電流が通 過するので、補助トランスＡＴの二次コイル、すなわち頂部コイルを通ってノー ド６０に２単位の電流が流れるはずである。頂部コイルから流出する２単位の電 流に一致するように、補助トランスＡＴの頂部コイルに２単位の電流が流入する はずであるので、ノード６０から接地障害リレーＧＦＴ２を通ってノード６２に 流れ、更に、このノード６２から補助トランスＡＴの頂部コイルに向かって２単 位の電流が流れるはずである。接地障害リレーＧＦＴ２を通って流れるこの２単 位の電流により、タイサーキットブレーカーＴ２がトリップされる。ノード６０ からノード６２に向かって流出する電流は、補助トランスＡＴからノード６０に 流入する電流に一致するので、ノード４８からノード６０に流入する電流は、ゼ ロとなるはずである。図２Ｄは、電流センサ３８のターミナル３８ａからノード ６０に流入する電流がゼロであり、従って、キルヒホッフの第１法則によりノー ド４４からノード４８に流入する電流も、ゼロとなるはずであることを示してい る。 図２Ｄは、ターミナル３４ａからノード４４に０.５単位の電流が流入し、タ ーミナル３６ａからノードに１.５単位の電流が流入することを示している。ノ ード４４とノード４８との間には、電流は流れないので、１.５単位の電流と０. ５単位の電流とが結合し、ノード４４から接地障害リレーＧＦＴ１を通ってノー ド５４に流れる２単位の電流を生じさせ、よってタイサーキットブレーカーＴ１ は、トリップさせられる。 ターミナル３８ｂおよびターミナル５２ｂからノード５０に流入する電流は、 ゼロであるので、ノード５０から流出する電流もゼロである。従って、接地障害 リレーＧＦＭ３を通って流れる電流は、ゼロであり、メインサーキットブレーカ ーＭ３は、トリップされない。 サーキット分析のすべての法則を満たすように、接地障害保護を完全に分析し た。この結果生じる接地障害保護回路における電流量は、接地障害リレーＧＦＴ １、ＧＦＭ２およびＧＦＴ２を通って流れる電流を生じさせる。これら接地障害 リレーを通って流れるこの電流により、それぞれのサーキットブレーカーＴ１、 Ｍ２およびＴ２は、トリップされ、よってシステム１０の他のバスからメインバ ス１４をアイソレートする。接地障害リレーＧＦＭ１およびＧＦＭ３を電流は、 流れないので、メインサーキットブレーカーＭ１およびＭ３がトリップしないこ とが保証され、よってメインバス１２およびメインバス１６は、電力を送ること ができる。 他のタイプの接地障害保護回路では、メインサーキットブレーカーＭ１および Ｍ３がトリップ信号を受けている可能性があるが、他のサーキットブレーカーか ら送られた選択的制御信号または制限信号によりトリップすることが制限されて いる可能性がある。本発明の接地障害保護回路の利点は、接地障害保護回路のア ーキテクチャおよび補助電流トランスＡＴを使用することにより、自動選択する ことにある。換言すれば、本発明の接地障害保護回路を使用することにより、シ ステム内の他のサーキットブレーカーからの選択的調整信号または制限信号が不 要となることである。更に、本発明により補助制御接点を使用することが不要と なるという利点が得られ、本発明は、サーキットブレーカーのステータスと独立 して正しく機能できる。 メインバス１４に接地障害ＧＦが存在するとする仮定のもとでも、接地障害リ レーＧＦＭ３からノード６２に流入する電流は、ゼロのままであることに留意す ることも重要である。このことは、接地障害リレーＧＦＴ２の動作に対する補助 電流トランスＡＴの機能および活動度を検討する際に重要である。補助トランス ＡＴからの電流は、接地障害リレーＧＦＭ３および／または接地障害保護回路の 右側部分の他の場所へも流れ得ると考えるのが自然である。同様に、接地障害リ レーＧＦＭ３により接地障害リレーＧＦＴ２に電流が流れる場合、接地障害リレ ーＧＦＭ２を通って補助トランスＡＴにも流れ得る電流に関心を持つのが自然で ある。しかしながら、接地障害保護回路の２つの異なる部分からの接続を可能に するために、補助トランスＡＴにより、ある程度のアイソレーションが得られて いる。 上記説明は、これまで述べた特定の実施例のみに限定されるものでなく、むし ろ添付した請求の範囲によって限定されるものである。例えば、３つの電源およ び３つの負荷を有する配電システムを参照して好ましい実施例について説明した が、この設計は、４つ以上の電源および４つ以上の負荷を有する配電システムに も容易に適応できるものである。これらシステムでは、トリップ電流を適当なサ ーキットブレーカーのトリップ機能のために分配するのに２つ以上の補助トラン スが必要となる。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 ットブレーカーが不必要にトリップすることが防止され る。補助トランスは、従来の接地障害保護回路におい て、接続、すなわちアクセスできない接地障害保護回路 部分にユニークにトリップ電流を送る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．i)各々が複数の位相導線および１本の中性導線を含む複数の多相電源と、 ii)電源の各々に接続され、複数の位相導線および１本の中性導線を含む多相メ インバスと、iii)通過して流れる電力を遮断するよう、メインバスの各々内に電 気的に接続されたメインサーキットブレーカーと、iv)メインバスの各々の間に 接続され、複数の位相導線と１本の中性導線とを含む多相タイバスと、v)通過し て流れる電力を遮断するよう、タイバスの各々内に電気的に接続されたタイサー キットブレーカーとを有した、配電システムのための接地障害保護回路において 、 メインバスおよびタイバスの各々に連動し、一対の出力ターミナルを有し、メ インバスおよびタイバスの各々に隣接して設けられ、この電流センサの位置にお いて位相導線および中性導線を通過して流れる電流のベクトル和により直接変化 する、出力ターミナルを通るトリップ電流を発生するための電流センサと、 トリップ機能手段を通過する電流により関連するサーキットブレーカーがトリ ップされるようなメインサーキットブレーカーおよびタイサーキットブレーカー の各々に連動するトリップ機能手段と、 配電システムに接地障害が生じた際に適当なトリップ機能手段がトリップ電流 を受け、それに連動するサーキットブレーカーをトリップさせるよう、接地障害 保護回路の一部にトリップ電流を送るための補助トランスとを備えた配電システ ム用接地障害保護回路。 ２．配電システムにおける接地障害に応答し、接地障害保護回路が接地障害を アイソレートするためにトリップさせる必要があるメインサーキットブレーカー およびサーキットブレーカーのトリップを生じさせるように作動できるトリップ 機能手段を通過させトリップ電流を流すよう、電流センサ、トリップ機能手段お よび補助トランスが配置されている請求項１記載の接地障害保護回路。 ３．接地障害に応答してタイサーキットブレーカの１つがトリップしなければ ならない時に補助トランスの二次巻線にしか電流が流れない請求項２記載のアー ス障害保護回路。 ４．タイサーキットブレーカの１つに連動するトリップ機能手段のうちの１つ が補助トランスの二次巻線に並列に接続されている請求項１記載の接地障害保護 回路。 ５．接地障害に応答してタイサーキットブレーカの１つがトリップしなければ ならない時に補助トランスの二次巻線にしかタイ電流が流れない請求項４記載の アース障害保護回路。 ６．i)各々が複数の位相導線と１本の中性導線とを含む複数の多相電源と、ii )各々が複数の位相導線と１本の中性導線とを含む複数の多相メインバスと、iii )複数のメインサーキットブレーカを備え、複数の電源およびメインバスの各各 が位相導線を流れる電力を遮断するよう、位相導線の間に電気的に接続された複 数のメインサーキットブレーカの１つを有し、iv)各々が複数の位相導線と１本 の中性導線とを有する複数の多相タイバスとを備え、複数のタイバスの各々が複 数のメインバスのうちの１つを複数のメインバスの他のバスに接続するようにな っており、v)複数のサーキットブレーカーを備え、複数のタイバスの各々がバス を流れる電力を遮断するよう内部に接続された複数のタイサーキットブレーカの １つを有する配電システムに磁気的に結合された接地障害保護回路において、 各々が一対の出力ターミナルを有し、接地障害保護回路を複数のメインバスお よびタイバスに磁気的に結合するための複数の電流センサを備え、複数のメイン バスおよびタイバスの各々が電流センサの位置における位相導線および中性導線 を通って流れる電流のベクトル和により直接変化し、出力ターミナルを通過する トリップ電流を発生するようバスに隣接した設けられた複数の電流センサの１つ を有し、 各々が複数のメインサーキットブレーカおよびタイサーキットブレーカの１つ に連動する複数のトリップ機能手段とを備え、複数のトリップ機能手段の特定の １つを流れる電流によって関連するサーキットブレーカーがトリップされ、 接地障害保護回路を第１部分と第２部分とに分割させるための一次コイルおよ び二次コイルとを有し、第１部分と第２部分とをアイソレートする補助トランス とを備え、 配電システムにおける接地障害に応答し、接地障害をアイソレートするために トリップする必要がある複数のサーキットブレーカーの各々をトリップさせるよ う作動できるトリップ機能手段にトリップ電流を流すよう、複数の電流センサ、 複数のトリップ機能手段および補助トランスが配置されており、 複数のトリップ機能手段の１つが二次コイルに並列に接続されており、複数の タイサーキットブレーカの１つに連動し、接地障害をアイソレートするように複 数のタイサーキットブレーカの１つがトリップしなければならない時に二次巻線 にしかトリップ電流が流れないようになっている、配電システムに磁気的に結合 された接地障害保護回路。 ７．接地障害をアイソレートするのに複数のサーキットブレーカーのうちの１ つがトリップする必要がない時に、二次巻線にトリップ電流が流れないようにな っている請求項６記載の接地障害保護回路。 ８．第１電源、第２電源および第３電源から複数の負荷に電流を送るための配 電システムにおいて、 配電回路を備え、 この配電回路が、第１電源と第１メインバスとの間に電気的に接続された第１ メインバスおよび第１メインサーキットブレーカーと、 第２電源と第２メインバスとの間に電気的に接続された第２メインバスおよび 第２メインサーキットブレーカーと、 第３電源と第３メインバスとの間に電気的に接続された第３メインバスおよび 第３メインサーキットブレーカーと、 第１メインバスと第２メインバスとの間に接続された第１タイバスと、 第２メインバスと第３メインバスとの間に接続された第２タイバスと、 第１タイバス内を流れる電流を遮断するための第１タイバス内に電気的に接続 された第１タイサーキットブレーカーと、 第２タイバス内を流れる電流を遮断するための第２タイバス内に電気的に接続 された第２タイサーキットブレーカーと、 配電回路内の接地障害状態のみに応答し、配電回路内を流れるトリップ電流を 有する配電回路に磁気的に結合された接地障害保護回路とを備え、 接地障害保護回路は、 第１メインバスを流れる電流のベクトル和によって直接変化する出力ターミナ ルを流れるトリップ電流を発生し、第１メインサーキットブレーカーに隣接して 設けられた、第１および第２出力ターミナルを有する第１電流センサと、 第２メインバスを流れる電流のベクトル和によって直接変化する出力ターミナ ルを流れるトリップ電流を発生し、第２メインサーキットブレーカーに隣接して 設けられた、第１および第２出力ターミナルを有する第２電流センサと、 第３メインバスを流れる電流のベクトル和によって直接変化する出力ターミナ ルを流れるトリップ電流を発生し、第３メインサーキットブレーカーに隣接して 設けられた、第１および第２出力ターミナルを有する第３電流センサと、 第１タイバスを流れる電流のベクトル和によって直接変化する出力ターミナル を流れるトリップ電流を発生し、第１タイサーキットブレーカーに隣接して設け られた、第１および第２出力ターミナルを有する第４電流センサと、 第２タイバスを流れる電流のベクトル和によって直接変化する出力ターミナル を流れるトリップ電流を発生し、第２タイサーキットブレーカーに隣接して設け られた、第１および第２出力ターミナルを有する第５電流センサと、 第１メインサーキットブレーカーに連動する第１トリップ機能手段を備え、第 １トリップ機能手段を流れる電流が第１メインサーキットブレーカをトリップさ せるようになっており、 第２メインサーキットブレーカーに連動する第２トリップ機能手段を備え、第 ２トリップ機能手段を流れる電流が第２メインサーキットブレーカをトリップさ せるようになっており、 第３メインサーキットブレーカーに連動する第３トリップ機能手段を備え、第 ３トリップ機能手段を流れる電流が第３メインサーキットブレーカをトリップさ せるようになっており、 第１タイサーキットブレーカーに連動する第４トリップ機能手段を備え、第４ トリップ機能手段を流れる電流が第１タイサーキットブレーカをトリップさせる ようになっており、 第２タイサーキットブレーカーに連動する第５トリップ機能手段を備え、第５ トリップ機能手段を流れる電流が第２タイサーキットブレーカをトリップさせる ようになっており、 一次コイルおよび二次コイルを有する補助トランスを備え、第５トリップ機能 手段が二次コイルに並列接続されており、 i)第１電流センサの第１出力ターミナルが、第４トリップ機能手段の一方の側 、第２電流センサの第１出力ターミナル、第３電流センサの第１出力ターミナル 、第５トリップ機能手段の一方の側および補助トランスの第２コイルの一方の側 に結合されており、ii)第１電流センサの第２出力ターミナルが第４電流センサ の第１出力ターミナルおよび第１トリップ機能手段の一方の側に結合されており 、iii)第４電流センサの第２出力ターミナルが第５電流センサの第１出力ターミ ナル、第２電流センサの第２出力ターミナルおよび補助トランスの一次コイルの 一方の側に結合されており、iv)補助トランスの一次コイルの反対側が第２トリ ップ機能手段の一方の側に結合されており、v)第２トリップ機能手段の反対側が 第１トリップ機能手段の反対側および第４トリップ機能手段の反対側に結合され ており、vi)第５電流センサの第２出力ターミナルが第３トリップ機能手段の一 方の側および第３電流センサの第２出力ターミナルに結合されており、vii)第３ トリップ機能手段の反対側が第５トリップ機能手段の反対側および補助トランス の二次コイルの反対側に結合されている配電システム。 ９．配電回路内で接地障害が生じた時に、適当なトリップ機能手段がトリップ 電流を受け、連動するサーキットブレーカーをトリップさせるように補助トラン スが接地障害保護回路の第１部分と接地障害保護回路の第２部分とをアイソレー トし、接地障害保護回路の第１部分から第２部分へトリップ電流を送るようにな っている請求項８記載の配電システム。 １０．接地障害状態に応答して第２タイサーキットブレーカーがトリップする 必要がある時に限り、補助トランスの第２コイルをトリップ電流が流れるように なっている請求項８記載の配電システム。 １１．第２メインバスで発生した接地障害状態に応答し、第２トリップ機能手 段、第４トリップ機能手段および第５トリップ機能手段をトリップ電流が流れる ようになっている請求項８記載の配電システム。