JP2004304973A - 無停電電源装置用変圧器の保護装置 - Google Patents

Abstract

【課題】差動リレーや変流器あるいは温度センサなど余分な機器の取り付けや追加せずに変圧器の内部故障を検出すると共に、この変圧器を切り離して事故の拡大を防止できるようにすることにある。
【解決手段】電力変換装置４の出力電流を変流器２１と電流検出器２２で検出し、この検出電流が第１所定値を越えた状態を所定時間継続することをコンパレータ２３とタイマ２４で検出すれば、アラーム回路２５と切り換え指令回路２６で出力側開閉器７を開路させると共に直送側開閉器１４を閉路させる。更に出力側開閉器７が開路しているのに電流検出器２２の検出値がコンパレータ３１での第２所定値を越えて一定時間継続していることを論理積素子３２とタイマ３３が検出すればアラーム回路３４と開路指令回路３５とで電源側開閉器５を開路させることで、変圧器６を電源から切り離して保護する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、無停電電源装置の出力側に接続している変圧器のレイヤショートを検出して保護する無停電電源装置用変圧器の保護装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は出力側に変圧器を備えている無停電電源装置の一般的な構成を示している主回路接続図である。
この図３において、無停電電源装置の主回路は以下のように構成されている。すなわち、交流電力を直流電力に変換するコンバータ２と、この直流電力を交流電力に変換するインバータ３とでなる電力変換装置４が、電源側開閉器５を介して商用電源１に接続されており、この電力変換装置４が出力する交流電力は、変圧器６で所望の電圧に変換された後に、出力側開閉器７を介して負荷８へ供給される。また、半導体スイッチ１２と接点式スイッチ１３との並列接続でなる直送側開閉器１４が直送電源１１と前記負荷８との間に挿入されている。
【０００３】
図３に図示の無停電電源装置では、常時は直送側開閉器１４は開路しており、電源側開閉器５と出力側開閉器７を閉路することで、電力変換装置４が変換する交流電力を変圧器６と出力側開閉器７を介して負荷８へ供給しているのであるが、このとき電力変換装置４は直送電源１１と同期の状態で運転している。負荷８が過負荷状態になって電力変換装置４の電流が定格値を越えた場合は、電力変換装置４を保護するために出力側開閉器７を開路するが、これと同時に直送側開閉器１４を閉路することで、負荷８への電力供給源は電力変換装置４から直送電源１１へ切り換わる。直送電源１１が電力供給中でも電力変換装置４は無負荷で運転を継続しており、負荷８への電流が電力変換装置４の定格電流以下へ低下すれば、直送側開閉器１４を開路すると共に出力側開閉器７を閉路し、電力変換装置４が再び負荷８へ電力を供給する。
【０００４】
図４は図３に図示の無停電電源装置を構成している変圧器の保護装置の従来例を示したブロック回路図であるが、直送電源１１と直送側開閉器１４の図示は省略している。
図４に図示の従来の無停電電源装置は、電力変換装置４の出力電流は変流器２１と電流検出器２２で検出しているが、負荷８が過負荷になって、予め定めた第１所定値を越える過電流状態が所定時間継続したことをコンパレータ２３とタイマ２４が検出すれば、アラーム回路２５から過電流警報が発令されると共に、切り換え指令回路２６からは切り換え指令が発令される。この切り換え指令は、出力側開閉器７への開路指令と直送側開閉器１４への閉路指令である。これにより負荷８への電力は、電力変換装置４から直送電源１１に切り換わる。
【０００５】
ところで変圧器６の内部で、巻線間の絶縁が損なわれて短絡するような事故，いわゆるレイヤショートを生じると、この事故により当該変圧器６に過大な電流が流入し、この過電流を前述のコンパレータ２３が検出するから、前述と同様に出力側開閉器７への開路指令と直送側開閉器１４への閉路指令とが発令されて、電力変換装置４は負荷８から切り離される。しかし過電流の原因は変圧器６にあるから、負荷８を切り離しても変圧器６への過電流は流れ続け、当該変圧器６を焼損させてしまう恐れがある。そこで変圧器６の出力側にも変流器２７と電流検出器２８を設置し、前述の電流検出器２２とこの電流検出器２８を差動リレー２９に接続する。この差動リレー２９は変圧器６の入力電流と出力電流を比較し、両電流の差が一定値以上になれば当該変圧器６に内部故障が発生したと判断し、警報を発すると共に無停電電源装置を停止させる。
【０００６】
または、このような変圧器６の内部にレイヤショートなどの事故が生じた場合に流れる短絡電流が、当該変圧器６の巻線温度を上昇させる。そこでこの温度上昇を検出して変圧器６の内部に故障が発生したことを知らせる装置が考案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
実開平５−６２１５９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように電力変換装置４の出力電流が過電流になれば、電力変換装置４を負荷８から切り離すことで電力変換装置４を保護している。しかしながらこの過電流検出装置は、負荷８の過負荷が原因の過電流なのかそれとも無停電電源装置を構成している変圧器６のレイヤショートが原因の過電流なのかを区別することができないから、後者の事故の場合は負荷８を切り離しても変圧器６には過電流が流れ続け、放置しておくと変圧器６が焼損する恐れがある。そこで変圧器６の出力側にも変流器２７と電流検出器２８を設置し、差動リレー２９で当該変圧器６の内部故障を検出し、保護するようにしている。しかしそのためには主回路に変流器２７を取り付ける必要があるし、差動リレー２９の追加設置も必要であることから、余分な機器を設置するために装置が大形化するし、余分な手間をかけるなどの不具合を生じる。また、変圧器６の巻線に温度検出装置を取り付けることは、その温度信号を取り出すためのリード線の処理が厄介であるし、温度センサが巻線の絶縁の弱点になる欠点もある。
【０００９】
そこでこの発明の目的は、差動リレーや変流器あるいは温度センサなど余分な機器の取り付けや追加せずに変圧器の内部故障を検出すると共に、この変圧器を切り離して事故の拡大を防止できるようにすることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、この発明の無停電電源装置用変圧器の保護装置は、
電源に電源側開閉器を介して電力変換装置を接続し、この電力変換装置の出力側に変圧器と出力側開閉器を介して負荷を接続し、直送電源と前記負荷を直送側開閉器を介して接続し、前記直送側開閉器の開路状態で前記電源側開閉器と出力側開閉器を閉路して、前記電力変換装置が前記負荷へ交流電力を供給する無停電電源装置において、
前記電力変換装置の出力電流を検出する電流検出器と、この検出電流が第１所定値を越えた状態を所定時間継続すれば、前記出力側開閉器に開路指令を与えると共に前記直送側開閉器に閉路指令を与える過電流検出器と、当該出力側開閉器が開路の状態で前記検出電流が第２所定値を越えた状態を別の所定時間継続すれば、前記電源側開閉器に開路指令を与える変圧器故障検出回路とを備える。
【００１１】
前記第１所定値と第２所定値を同じ値に設定する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施例を表したブロック回路図であるが、この第１実施例回路に図示の電力変換装置４、電源側開閉器５，変圧器６，出力側開閉器７，負荷８，変流器２１，電流検出器２２，コンパレータ２３，タイマ２４，アラーム回路２５および切り換え指令回路２６の名称・用途・機能は、図４で既述の従来例回路の場合と同じであるから、これらの説明は省略する。
この第１実施例回路では、変圧器故障検出回路として、コンパレータ３１，論理積素子３２，タイマ３３，アラーム回路３４，開路指令回路３５および開信号接点３７を備えている。すなわち、電流検出器２２での検出電流が第２所定値を越えるとコンパレータ３１が動作する。出力側開閉器７の補助接点で構成している開信号接点３７からの開路信号と該コンパレータ３１の動作との論理積が論理積素子３２で演算され、これが一定時間継続したときにタイマ３３が動作することによりアラーム回路３４が警報を発して、電力変換装置４の出力電流が過電流になって出力側開閉器７を開路したにもかかわらず、依然として過電流状態が所定時間継続する場合は、変圧器６にレイヤショートなどの内部故障が発生したことを知らせる。アラーム回路３４からの警報により開路指令回路３５は電源側開閉器５へ開路を指令して電力変換装置４の電源を遮断するから、変圧器６への入力電流は遮断される。
【００１３】
図２は本発明の第２実施例を表したブロック回路図であるが、この第２実施例回路では、コンパレータ２３で設定する第１所定値を、切り換え指令回路２６を動作させるためと、開路指令回路３５を動作させるためとに共通に利用するようにしているところが前述した第１実施例回路と異なっている。これは、変圧器６にレイヤショートなどの内部故障が発生した場合に生じる過電流の大きさは、負荷８の有無に殆ど影響されないからである。コンパレータ２３を共通に使用することを除いた残りの部分はすべて図１で既述の第１実施例回路と同じであるから、この第２実施例回路の動作説明は省略する。
【００１４】
【発明の効果】
変圧器を備えている無停電電源装置では、変圧器の内部故障による過電流と、負荷が過大になって生じる過電流とを区別することはできないから、単に負荷への電力を電力変換装置から直送電源へ切り換えるだけでは当該変圧器の焼損を防ぐことはできない。そこでこれを防止するために主回路に変流器を追加し差動リレーを設置したり、巻線に温度センサを取り付けるなど、余分な手間とスペースを必要としていた。これに対して本発明では、負荷へ電力を供給する電力変換装置が過電流になれば、先ず直送電源へ切り換えるのであるが、それでも電力変換装置の過電流状態が解消されない場合は変圧器にレイヤショートなどの内部故障が発生したと判断して、当該変圧器を電源から切り離すようにしているので、余分なスペースを必要とする変流器や差動リレーを設置しなくても、変圧器が焼損するような恐れを未然に防止できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を表したブロック回路図
【図２】本発明の第２実施例を表したブロック回路図
【図３】出力側に変圧器を備えている無停電電源装置の一般的な構成を示している主回路接続図
【図４】図３に図示の無停電電源装置を構成している変圧器の保護装置の従来例を示したブロック回路図
【符号の説明】
１ 商用電源
４ 電力変換装置
５ 電源側開閉器
６ 変圧器
７ 出力側開閉器
８ 負荷
１１ 直送電源
１４ 直送側開閉器
２１，２７ 変流器
２２，２８ 電流検出器
２９ 差動リレー
２３，３１ コンパレータ
２４，３３ タイマ
２５，３４ アラーム回路
２６ 切り換え指令回路
３２ 論理積素子
３５ 開路指令回路
３７ 開信号接点

Claims (2)

1. 電源に電源側開閉器を介して電力変換装置を接続し、この電力変換装置の出力側に変圧器と出力側開閉器を介して負荷を接続し、直送電源と前記負荷を直送側開閉器を介して接続し、前記直送側開閉器の開路状態で前記電源側開閉器と出力側開閉器を閉路して、前記電力変換装置が前記負荷へ交流電力を供給する無停電電源装置において、
   前記電力変換装置の出力電流を検出する電流検出器と、
   この検出電流が第１所定値を越えた状態を所定時間継続すれば、前記出力側開閉器に開路指令を与えると共に前記直送側開閉器に閉路指令を与える過電流検出器と、
   当該出力側開閉器が開路の状態で前記検出電流が第２所定値を越えた状態を別の所定時間継続すれば、前記電源側開閉器に開路指令を与える変圧器故障検出回路と、
   を備えることを特徴とする無停電電源装置用変圧器の保護装置。
2. 請求項１に記載の無停電電源装置用変圧器の保護装置において、
   前記第１所定値と第２所定値を同じ値に設定することを特徴とする無停電電源装置用変圧器の保護装置。

Images