JP2002505068A - 交流電源における絶縁および障害電流の監視方法および監視回路 - Google Patents
交流電源における絶縁および障害電流の監視方法および監視回路Info
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Abstract
Description
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.交流電源内で、ベクトルの和により形成される少なくとも2つの電源導体間 の差分電流が測定され、該差分電流が所定の閾値を超えたとき、負荷の遮断が実 行される形式の、 交流電源における絶縁および障害電流の監視方法において、 差分電流の交流成分を第1の回路変量として捕捉し、 少なくとも2つの電源導体間または1つの電源導体と1つの位相補償導体ま たは中性導体との間の電源交流電圧を第2の回路変量として捕捉し、 差分電流における交流成分の振幅と、捕捉された両方の回路変量間の位相角 (φ)のコサインと積を、電源の抵抗性障害電流に対する尺度として求め、 求めた積が所定の閾値を超えていれば負荷を遮断することを特徴とする、 交流電源における絶縁および障害電流の監視方法。 2.捕捉された2つの回路変量からそれらの回路変量間の位相角(φ)を求め、 差分電流における交流成分の振幅と位相角(φ)のコサインとの積を計算する、 請求項1記載の方法。 3.差分電流における交流成分の振幅と位相角(φ) のコサインとの積を、実効電力測定により間接的に求める、請求項1記載の方法 。 4.実効電力測定にあたり、差分電流の交流成分と乗算信号との乗算およびそれ に続く算術平均値形成を実行し、前記乗算信号は、その実効値に関して一定に保 持された電源交流電圧つまり第2の回路変量に対応する、請求項3記載の方法。 5.差分電流における交流成分の振幅と位相角(φ)のコサインとの積を、同期 整流(同相の整流)によって間接的に求める、請求項1記載の方法。 6.前記同期整流にあたり、差分電流における交流成分の位相に依存する全波整 流およびそれに続く算術平均値形成を実行する、請求項5記載の方法。 7.前記同期整流にあたり、差分電流における交流成分と乗算信号との乗算およ びそれに続く平均値形成を実行し、前記乗算信号は、電源交流電圧または第2の 回路変量と対称であり直流電圧のない電源同期した一定振幅の矩形波信号または 正弦波信号である、請求項5記載の方法。 8.交流成分と直流成分を含む交流電源の差分電流を交直両電流感応形で捕捉す る、請求項1〜7のいずれか1項記載の方法。 9.交直両電流感応形で捕捉された差分電流において容量性および抵抗性の成分 を含む交流成分を、電源周波数よりも低い第1の遮断周波数たとえば約15 Hzの遮断周波数によるハイパスフィルタリングによって取得し、 交直両電流感応形で捕捉された差分電流において抵抗性の障害信号とみなす べき直流成分を、前記第1の限界周波数よりも低い第2の限界周波数たとえば約 10Hzの限界周波数によるローパスフィルタリングによって取得し、 直流側の抵抗性障害電流信号と、交流成分から求められた交流側の抵抗性障 害電流信号に対し、抵抗性全障害電流信号を求めるため2乗和を施す、請求項8 記載の方法。 10.差分電流の交流成分をハイパスフィルタリング後、人員保護のため周波数に 依存して評価し、該評価または考慮を周波数が高くなるにつれて減少させる、請 求項9記載の方法。 11.ハイパスフィルタリング処理を経た差分電流の交流成分に対し、人員保護の ため周波数評価するローパスフィルタリング処理を行う、請求項10記載の方法 。 12.求められた抵抗性障害電流を、人員保護に適した小さい閾値と比較し、 交流成分を含み付加的に直流成分も含んでいる可能性のある捕捉された全差 分電流を、設備保護に適した大きい閾値と比較し、 これらの閾値のうち少なくとも1つを電流が超え たとき、負荷の遮断または電源の遮断を実行する、請求項1〜11のいずれか1 項記載の方法。 13.前記の小さい閾値および/または大きい閾値を調整可能である、請求項12 記載の方法。 14.人員保護のための前記の小さい閾値を動作中に生じる電源状態に合わせて整 合し、アース抵抗を測定し、最大許容接触電圧とアース抵抗の商に対応するよう 前記閾値を設定する、請求項13記載の方法。 15.交流電源に電位補償導体が設けられており、該電位補償導体の機能を検査す るため、正常時には全差分電流の特定の配分として前記電位補償導体中を流れる 電流を測定し、該電流が前記特定の配分よりも小さければ負荷の遮断または電源 の遮断を実行する、請求項1〜14のいずれか1項記載の方法。 16.交流電源に電位補償導体が設けられており、該電位補償導体の機能を検査す るため、該導体に検査電流を入力結合し、正常時に電位補償導体およびアース抵 抗を流れる該検査電流を測定し、全アース抵抗が許容値よりも高くなったことが 検出されると、負荷の遮断または電源の遮断を行う、請求項1〜14のいずれか 1項記載の方法。 17.中性導体の設けられたまたは設けられていない三相交流電源を監視するため 、3つの電源導体の各々について方法を別個に実施し、3つの電源導体すべての 差分電流における交流成分を第1の回路変量と して捕捉し、 各電源導体と中性導体間または中性導体がエラーのときは各電源導体と電位 補償導体間で、3つの電源交流電圧を測定し、差分電流における交流成分の振幅 と3つの位相角(φ)のコサインとの対応する3つの積を求め、 該積が所定の閾値を超えたとき、負荷の遮断を実行する、 請求項1〜16のいずれか1項記載の方法。 18.負荷の遮断または電源の遮断をすべての極で実行する、請求項1〜17のい ずれか1項記載の方法。 19.差分電流または障害電流に起因する負荷ないし電源の遮断、またはその他の 電源遮断後、遮断された電源における絶縁抵抗を測定して、正常状態を表す限界 値と比較し、測定された電源の絶縁抵抗が限界値を超えているときのみ、新たな スイッチオンを行わせる、請求項1〜18のいずれか1項記載の方法。 20.交流電源における少なくとも2つの電源導体を有する差分電流センサ(3) と差分電流リレー(1)が設けられており、該差分電流リレー(1)は、差分電 流(IΔ)が所定の閾値を超えるとただちに、電力スイッチまたは負荷スイッチ (2)を介して負荷または電源の遮断を実行する、請求項1〜19のいずれか1 項記載の方法を実行する装置において、 差分電流リレー(1)は電子的な位相モジュール(13)を有しており、該 モジュールにより、ハイパスフィルタ(11)を介して求められた差分電流(I Δ)の交流成分(IΔAC)と、電源交流電圧またはそこから導出された比較電圧 によって、位相角(φ)を考慮しながら障害電流信号(IfAC)が求められ、該 信号は、交流電源において交流に起因する抵抗性の障害電流を表し、 前記位相モジュール(13)に比較モジュール(19)が後置接続されてお り、 前記障害電流信号(IfAC)は、人員保護に適した小さい閾値(Ifg)と 比較され、該閾値を信号が超えたとき、負荷スイッチ(2)が制御されてトリガ されることを特徴とする装置。 21.前記差分電流センサ(3)は、交流成分も直流成分も含めて交直両電流感応 形で差分電流(IΔ)を測定し、 前記差分電流センサ(3)と接続された第1のローパスフィルタ(10)は 出力側から障害電流信号(IfDC)を供給し、該信号は直流に起因する交流電源 の抵抗性障害電流を表し、 前記のハイパスフィルタ(11)と位相モジュール(13)との間に、周波 数評価を行う第2のローパスフィルタ(15)が接続されており、該ローパスフ ィルタは周波数が増えるにつれて減少する人体 の周波数依存性をシミュレートし、 前記の第1のローパスフィルタ(10)と位相モ ジュール(13)の出力 側は、加算モジュール(14)と接続されており、該加算モジュールは両方の障 害電流信号(IfAC,IFDC)を加算して、直流信号に対応する全障害信号(I f)全体に対し2乗和を行い、 前記加算モジュール(14)の出力側は、比較モジュール(19)の入力側 と接続されている、 請求項20記載の装置。 22.前記比較モジュール(19)は全差分電流(IΔ)を考慮するため、入力側 で差分電流センサ(3)ともダイレクトに接続されており、 障害電流信号(If)のための小さい閾値と、全差分電流(If)のための 大きい閾値(IΔg)をまえもって設定する2つの調整手段(16,17)を有 する、 請求項20または21記載の装置。 23.電子的に構成された電圧供給のための差分電流リレー(1)は、交流電源か ら給電される電源部(4)を有し、常時動作する機能自己監視部とともに構成さ れており、該機能自己監視部は差分電流リレー(1)に機能障害が発生しても、 該差分電流リレー(1)により負荷の遮断または電源の遮断を行わせる、請求項 20〜22のいずれか1項記載の装置。 24.三相交流電源であれば前記差分電流リレー(1)は、電源側で冗長的な電圧 供給を行う電源部を有しており、該電源部は、1つの相が欠落してもまたは中性 導体に障害が発生しても、2つの相または1つの相と中性導体が利用できるかぎ り動作を継続させる、請求項20〜23のいずれか1項記載の装置。 25.前記電源部(4)により充電される蓄積コンデンサ(5)が設けられており 、該コンデンサは機器内部の電圧供給が欠落したとき、前記差分電流リレー(1 )の一部分(18,21,22)を駆動するためのエネルギーを一時的に供給し 、多相電源であれば1つの電源相を除いてすべての電源相が欠落したとき、また は単相電源であれば中性導体が欠落したとき、負荷スイッチ(2)を開放する、 請求項20〜24のいずれか1項記載の装置。 26.交流電源の電位補償導体(PE)を監視するため、電流変換器または差分電 流センサ(25)は電位補償導体(PE)を含み、比較器モジュール(19)と 接続されており、電流変換器または差分電流センサ(25)の出力信号によりア ース抵抗(RG)が許容値を超えたことが検出されると、負荷の遮断または電源 の遮断が行われる、請求項20〜25のいずれか1項記載の装置。 27.交流電源の電位補償導体(PE)を監視するため、該電位補償導体は2つの 電流変換器中を案内され ており、第1の電流変換器は小さい検査電流を電位補償導体(PE)とアース抵 抗(RG)から成るループへ供給し、第2の電流変換器は該検査電流を測定し、 第2の電流変換器の出力信号が、保護導体または電位補償導体の抵抗(RPE)が 許容値以上であることを見分ける所定の配分よりも小さくなると、負荷の遮断ま たは電源の遮断が行われる、請求項20〜26のいずれか1項記載の装置。 28.比較器モジュール(19)がディジタルインタフェース(20,23)と接 続されており、該ディジタルインタフェースに、測定データ表示手段および/ま たは絶縁監視装置など少なくとも1つの補助手段を接続可能であり、前記絶縁監 視装置は被監視電源の絶縁抵抗を遮断状態において、ただし接続されている負荷 も含めて監視し、および/または電位補償導体(PE)の抵抗を監視する手段を 接続可能である、請求項20〜27のいずれか1項記載の装置。 29.障害電流リレーまたは差分電流リレー(1)、差分電流センサ(3)および 負荷スイッチまたは電力スイッチ(2)は1つの構成モジュールとしてまとめら れており、または別個の負荷スイッチ(2)を備えた2つの構成モジュールと3 つの構成モジュールに分配されている、請求項20〜28のいずれか1項記載の 装置。 30.交流成分と直流成分を捕捉する交直両電流感応形差分電流センサ(3)は周 知のように、互いに逆向きの巻線(W1,W2)を備え被監視電源の少なくとも 2つの電源導体を取り囲む軟磁性のコアと、交互に動作する2つのスイッチを有 しており、これらの部分は振動回路の構成要素であり、出力側の振動信号によっ てコアを流れる全差分電流が交直両電流感応形で表される、請求項20〜29の いずれか1項記載の装置。
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