JP2007214462A - 変流器２次端子の開放感知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の変流器開放感知装置に依り、変流器２次端子が開放されてもこれを直ちに短絡させる事で、変流器の破損及び感電事故を予防する事。
【解決手段】変流器の２次端子開放を感知する装置に於いて、変流器２次端子に連結されて２次端子の開放電圧を減少させて過電圧を遮断する回路保護部；上記回路保護部を通過した電圧信号を整流させる整流部；上記整流部で出力された電圧信号と予め設定された基準電圧の値を比較して上記変流器２次端子の開放に対する電圧信号を出力させる比較部；及び上記比較部で出力された電圧信号に依り作動して上記開放された２次端子を短絡させる機能を遂行する短絡回路部を含めて構成される事を特徴とする変流器の二次開放感知装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は変流器（ＣＴ）２次側端子の開放（ｏｐｅｎ）を感知する為の装置で、より詳細には変流器２次側端子に直接連結されて２次側端子が開放される場合これを入力信号にしてリレー回路等を動作させて変流器２次側端子を短絡（ｓｈｏｒｔ）させる事で変流器焼損及び感電事故等を防止する為の装置である。

変流器（ＣＴ；Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）は交流の大きい電流からそれに比例する小さい電流を得る事で交流電流計の測定範囲を拡大する為に使用される変圧器である。変流器の構造は変圧器の様な成層鉄心に巻線数が少ない一次コイルと巻線数が多い二次コイルを巻いたものであるが、二次コイルには電流計、電力計、継電器等の測定装置を連結する。尚、変流器一次電流の定格値は数十Ａ（アンペア）から数千Ａまで様様で有るが、二次電流の定格値は大部分５Ａであり一、二次コイルの電流比は各コイル巻線数に反比例する。

一方、変流器の２次側端子は、これを短絡させる事は安全であるが、開放する事は非常に危険であり、これは変流器の一次コイルに電流が流れる状態で二次コイルを開放する事になると、１次側電流が全ての鉄心を磁化させる作用をして、鉄心が飽和されて発熱しこれに依りコイルの損傷乃至変流器の爆発危険性及び感電事故の危険性が有るからである。従って変流器の二次コイルに連結された電流計、電力計等の計測器内部回路が開放されるか其他の事由に依り変流器の二次コイルが開放される場合これを直ちに感知して直ちに開放状態の遮断、即ち開放された２次側端子を直ちに短絡させる事が出来る機能を持った回路を変流器２次側に連結する必要がある。

一方、上記の様な開放感知回路は開放を感知して端子を短絡させた後には、管理者が変流器の二次端子が開放された原因を探してこれを除去するまで継続して短絡状態を維持しなければならない。万一、短絡状態を不完全に維持して管理者が修理作業をする途中に急に開放状態に転換されると感電事故が発生する事が有るからである。

この様な危険性があるにも拘わらず現在変流器の二次コイルの開放に依る事故防止の対策は殆ど皆無の実情であるのでこれを予防する為の装置の開発が要請されている。

これと共に変流器を初めとし電気設備に連結された各種計測機器、例えば電流計、電力計、継電器、記録計等に対する点検や修理作業をする場合、感電事故を防止する為に作業をする間に変流器の２次端子を安定的に短絡維持させる必要がある。

この場合、従来には変流器の２次端子を簡単に短絡させる事が出来る別途の装置が具備されていなかったので色々な面で不便な点が多かった。即ち全体電気設備の運営を止めること無しに電源を継続供給する状態で変流器２次端子を短絡させなければならないので感電の危険等がいつも存在していた。

従って本発明の目的は、変流器の２次側端子が開放された場合、これを感知して２次側端子を短絡させる事で変流器の破損を防止し感電事故を予防する為の感知装置を提供することにある。

本発明の他の目的は上記感知回路に別途の点検スイッチを更に含ませて点検スイッチを押す事だけて変流器２次端子の短絡を安定的に維持する事が出来る感知装置を提供することにある。

本発明の他の目的は上記変流器の２次側端子を短絡させる短絡回路に於いて、リレー接点又はこれと類似な機能をするトランジスタ、トライアック、ＳＣＲ、フォトリレー等の素子等で構成する事が出きる感知装置を提供することにある。

本発明の他の目的は以下の発明の詳細な説明と添付図面により 明確になるであろう。

上記の目的を達成する為の本発明の感知装置は、変流器２次端子に連結されて２次端子の開放電圧を減少させて過電圧を遮断する回路保護部、上記回路保護部を通過した電圧信号を整流する整流部、上記整流部で出力された電圧信号と予め設定された基準電圧の値を比較して上記変流器２次端子の開放に対する電圧信号を出力させる比較部及び、上記比較部から出力された電圧信号に依り作動して上記開放された２次端子を短絡させる機能を遂行する短絡回路部を含めて構成される。

ここで変流器の開放された２次端子を短絡させる短絡回路部は誘導コイルを利用したリレー式又は、集積回路（ＩＣ）を利用した電子式を初めとし、トランジスタ、ＳＣＲ、フォトリレー等を含めて構成する事ができるが以下ではリレー式と電子式に対して具体的に観察する事にする。

本発明の変流器開放感知装置に依り、変流器２次端子が開放されてもこれを直ちに短絡させる事で、変流器の破損及び感電事故を予防する事が出来る。

尚、開放感知装置に点検スイッチを含めて電気設備に連結された変流器等各種計測機器に対する点検や修理作業時、変流器の２次端子を安定的に短絡維持させる事が出来るので感電事故の無い安全な作業が可能である。

本発明の感知装置はリレー作動方式の外に電子式作動方式を提供し、尚２次端子を短絡させる電気素子としてリレースイッチの外にトランジスタ、トライアック、ＳＣＲ、フォトリレー等多様に構成する事が出来るので、使用環境に従い融通性がきく様に感知回路を構成する事が出来る。

＜第１実施形態＞リレー式感知回路
リレー式感知回路の構成は図１に図示されている。その構成を観察すると、変流器２次端子に連結されて２次端子の開放電圧を減少させて過電圧を遮断する回路保護部、上記回路保護部を通過した電圧信号を整流させる整流部、上記整流部で出力された電圧信号と予め設定された基準電圧の値を比較して上記変流器２次端子の開放に対する電圧信号を出力させる比較部、上記比較部で出力された２次端子の開放に対する電圧信号に依り電流が流れる事で磁気誘導を発生させるリレーコイル及び、上記リレーコイルの磁気誘導に依り上記変流器２次端子を短絡させる短絡スイッチを含めて構成されているのを知る事が出来る。

添付図面を参照して回路の動作原理に対して観察すると次のとおりである。図１に図示された様に回路の入力端子は変流器の２次端子に連結されているので、変流器２次端子の開放時誘起される電圧を入力信号として受ける様になる。

一方、入力される電圧は一般的に高い電圧値を持つので、感知回路を保護する為にこの様な過電圧を遮断する必要がある。図１の実施例では回路保護部としてＴＮＲを挿入して過電圧を遮断した。

この様に回路保護部を経た電圧を信号源として使用する為にダイオード（Ｄ１）で整流させた後、コンデンサ（Ｃ１）で平滑させて直流に変換する。ここで抵抗（Ｒ１）はコンデンサの放電及び比較増幅器（ＯＰアンプ）入力の開放を防止する役割をする。

整流された信号は比較増幅器に入力され、比較増幅器は入力信号の電圧と基準電圧を比較してその結果値、即ち変流器の開放可否に従いロー（Ｌ） 又はハイ（Ｈ）値を出力させる。本実施例では変流器開放時、即ち入力信号の電圧が基準電圧より高い場合には（＋）電圧が出力され、その反対の場合には（−）電圧が出力される様に設定した。

変流器の開放に依り上記比較増幅器から（＋）信号が出力された場合、この出力信号は抵抗（Ｒ５）を通じて電流制限をしてトランジスタ（ＴＲ）のベースに印加される。この様にトランジスタのベースに電圧が印加されるとコレクタの電流がエミッタに流れる様になりリレーコイルに電流が流れる様になる。

この様にリレーコイルに電流が流れると磁気誘導に依り第１連動スイッチ（Ｓ１）が動作してリレーの一側電位を接地（ＧＮＤ）させてリレーが磁気維持をする様にし抵抗（Ｒ６）を通じて電流を制限する。尚、第２連動スイッチ、即ち警報スイッチ（Ｓ２）は警報システムと連結させてリレー動作時警報が発生される様にする事で管理者に変流器の開放状態を知らせる事が出来る様にする。第３連動スイッチ、即ち短絡スイッチ（Ｓ３）が作動すると変流器の開放端子は直ちに短絡状態になる。一方、本実施例では別途の発光ダイオード（ＬＥＤ）を連結してリレーが動作する間は動作状態を表示する様にした。

復旧スイッチ（ＲＥＳＥＴ−ＳＷ）はリレーの磁気維持を解除する為のもので、復旧スイッチを押せばリレーの電圧がオフ（ＯＦＦ）されるので磁気維持機能が無くなりリレーは元来の状態に戻って来る。従って管理者は変流器の開放原因を点検して修理作業等を終えた後、復旧スイッチを作動させてリレー状態をリセット（ＲＥＳＥＴ）させれば良い。

本実施例の回路では変流器の開放状態が発生しなくても、リレーを人為的に作動させる為に、別途の点検スイッチ（ＴＥＳＴ−ＳＷ）を更に含めている。図示された様に点検スイッチ（ＴＥＳＴ−ＳＷ）を押せばリレーの一側が接地されてリレーコイルに電流が流れる様になり磁気誘導に依り変流器の２次端子は短絡状態を維持する様になる。この様な点検スイッチは本感知回路又は、変流器後段に連結された測定器、例えば電流計、電力計等の機器を点検する為に変流器の２次端子を安定的に短絡させる必要がある場合に使用される。

一方、本発明の感知回路に供給される電源供給部の回路構成は図２に図示されている。図示された様にトランスの１次側に交流電源を連結し２次側には減圧された電圧が誘起される様にし、減圧された電圧はダイオード（Ｄ２、Ｄ３）を通じて整流された後コンデンサ（Ｃ２、Ｃ３）で平滑させてこれを感知回路に供給する構造になっている。

＜第２実施形態＞
第２実施例として電子式感知回路に対して観察する事にする。

図３は本発明に従う電子式感知装置の回路構成図の一実施例である。回路の動作原理は先だって説明したリレー式回路と基本的に同一であり、単にリレーコイルの代わりに集積回路を利用した点に差異がある。

変流器２次端子の開放電圧を入力信号にし、過電圧より感知回路を保護する為にＴＮＲを挿入し、入力信号の整流及び比較増幅器に依る比較電圧の出力課程等は先だって説明したリレー式と同じである。

変流器の開放に依り比較増幅器で開放電圧信号が出力されると、この出力信号はダイオード（Ｄ４）を通じて集積回路（ＩＣ）の入力部に入力される。抵抗（Ｒ８）は集積回路の入力が開放されないようにする為使用された。

入力信号が入って来ると集積回路（ＩＣ）の出力（Ｑ）はハイ（Ｈ）状態になり 抵抗（Ｒ６）を経て発光ダイオード（ＬＥＤ）を点灯させる一方、抵抗（Ｒ５）を通じてトライアック（ＴＲＩＡＣ）のゲートに入力されて変流器の両端を短絡させる。復旧スイッチ（ＲＥＳＥＴ−ＳＷ）を押すまで集積回路の出力はハイ（Ｈ）状態を維持しこれに依りトライアック（ＴＲＩＡＣ）はオン（ＯＮ）状態を維持する様になる。

一方、異常時警報用で他の機器の作動の為に警報スイッチを通じて警報信号を出力させる。本実施例では警報スイッチとしてトランジスタを使用した。

先だって説明したリレー式回路と同様に、本実施例でも点検スイッチを含ませた。本感知回路の点検及び変流器後段の電流計、電力計等の機器を点検する為に点検スイッチを押すと集積回路が動作して出力をハイ（Ｈ）状態に維持する様になり、これで変流器の２次端子は短絡状態を維持するようになり修理、点検作業を安全にする事が出来る。作業完了後復旧スイッチを押すと元来の正常状態に戻るようになる。一方、本発明の電子式感知回路に供給される電源供給部もまたリレー式回路と同じ物を使用する事が出来る。

図４は本発明の感知装置の他の実施例である。基本的な構成は先だって観察した図１、図３の感知装置と類似である。単に上記整流部で出力された直流電圧値を増幅させるバッファ増幅部が更に含まれているのを知る事が出来る。バッファ増幅部は変流器出力に影響を減らす為の目的で入力インピーダンスを高める為のもので、増幅器としては演算増幅器（ＯＰ−ＡＭＰ）を使用する。図４でバッファ増幅部は演算増幅器（ＯＰ−ＡＭＰ）とこれに電源を供給する印加電源（＋１２Ｖ）で構成されている。図４の回路に対する具体的な作動を観察して見れば次の様である。

変流器の一次コイルに電流が流れる状態で変流器２次端子（ｂ−ｂ’）が開放されると、２次端子（ｋ−ｌ）には高い値の開放電圧（Ｖ１）が印加され、この様な印加電圧（Ｖ１）は開放感知回路の入力電圧になる。

この様な開放端子の電圧（Ｖ１）は一般的に非常に大きい値を持つ。従ってこの様な過電圧（Ｖ１）より本発明の開放感知回路を保護する為に回路保護部（１１０）を構成する。上記回路保護部（１１０）にはバリスタ（ＴＮＲ）を挿入して初段を保護し、二次的に抵抗Ｒ１で電流を制限した後、第１ゼナダイオード（Ｄ１０）と第２ゼナダイオード（Ｄ１１）で更に一回過電圧を遮断させる事で感知回路を損傷させる心配の無い安全な数値の電圧（Ｖ２）（以下‘安全電圧’と呼ぶ）を出力させる。 この様に回路保護部（１１０）は過電圧（Ｖ１）の入力を受けて‘安全電圧（Ｖ２）’を出力させる機能を遂行する。図４で回路保護部（１１０）はバリスタ（ＴＮＲ）、抵抗（Ｒ１）、第１ゼナダイオード（ＺＤ１）と第２ゼナダイオード（ＺＤ２）で構成されている。

上記した様に本発明の開放感知回路は、変流器２次側の開放電流を入力信号にする場合とは違い二次開放電圧を入力信号にする為に、変流器二次電流の定格値（大部分の場合５Ａ）の範囲に制限を受けなく何時でも正確な感知が可能である。

上記回路保護部（１１０）が出力した安全電圧（Ｖ２）は整流部（１２０）を通じて直流電圧に変換される。即ち整流部（１２０）は回路保護部が出力した安全電圧（Ｖ２）の入力を受けてダイオード（Ｄ４）を通じてこれを整流した後、コンデンサ（Ｃ１２）で平滑させて直流電圧（Ｖ３）に変換させる。上記変換された直流電圧（Ｖ３）はバッファ増幅部（１３０）に入力される。図２で整流部（１２０）はダイオード（Ｄ４）、抵抗（Ｒ１１）及びコンデンサ（Ｃ１１）で構成されている。

バッファ増幅部（１３０）は外部印加電源（１２Ｖ）を利用して上記整流部（１２０）で出力された直流電圧（Ｖ３）値を増幅させる機能を遂行する。バッファ増幅部は変流器出力に影響を減らす為の目的で入力インピーダンスを高める為のもので、初段増幅器としては演算増幅器（ＯＰ−ＡＭＰ）を使用する。図２でバッファ増幅部（１３０）は演算増幅器（ＯＰ−ＡＭＰ）とここに電源を供給する印加電源（１２Ｖ）で構成されている。

上記初段増幅器（ＯＰ−ＡＭＰ１）を通じて増幅されて抵抗Ｒ４を経た電圧信号（Ｖ４）は基準電圧（Ｖ５）と共にそれぞれ比較増幅器、演算増幅器２（ＯＰ−ＡＭＰ２）に入力され、この場合比較部は（＋）電圧が出力される。

これを詳細に観察すると次の様である。即ち、上記バッファ増幅部（１３０）の出力電圧（Ｖ４）信号は抵抗Ｒ５を経て演算増幅器２（ＯＰ−ＡＭＰ２）の（＋）端子に入力される。一方、別途の直流印加電源Ｖｃｃ（＋１２Ｖ）と抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３、可変抵抗 Ｓ−ＶＲに依り生成された基準電圧（Ｖ５）が上記比較増幅器（ＯＰ−ＡＭＰ２）の（−）端子に 印加される。変流器２次側が開放される事に依り、比較増幅器に入力された電圧（Ｖ４）が基準電圧（Ｖ５）より高くなれば比較増幅器の出力（Ｖ６）は（＋）電圧が出力されてリレー駆動部（１５０）の抵抗Ｒ６方向に電流が流れる様になる。一方、変流器２次側が開放されていない平常時の場合は上記入力電圧（Ｖ４）が基準電圧（Ｖ５）より高くなく従って比較増幅器の出力（Ｖ６）は（−）電圧が出力されてリレー回路部は動作しなくなる。図２で比較部（１４０）は抵抗Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５と比較増幅器（ＯＰ−ＡＭＰ２）に印加電源Ｖｃｃ（４００）が印加された構成になっている。

上記した様に、変流器の２次側端子（ｋ−ｌ）が開放されると比較増幅器の出力（Ｖ６）はリレー駆動部（１５０）内抵抗Ｒ６、Ｒ７の電流制限を経てトランジスタ（ＴＲ）のベース端子に印加される一方、コンデンサＣ１１は上記トランジスタ（ＴＲ）のベース端子に印加される電圧値を一定時間の間維持させる役割をする。この時、上記コンデンサＣ１１はダイオードＤ５に依り早い時間内に充電が可能であり、放電時には抵抗Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８を通じて放電される。

そして、トランジスタ（ＴＲ）のベース端子に電圧が印加されるとコレクタからエミッタに向かって電流が流れる様になり、従がってリレー回路部（１６０）が動作する様になる。

リレー回路部（１６０）が動作する途中には抵抗Ｒ９を通じて電流を制限して 発光ダイオード（ＬＥＤ）が点灯されて警報表示の役割をし、磁気維持スイッチ（Ｓ１）が動作してリレーコイルの両端子中一側端子の電位を接地させる事でリレーコイルが磁気を維持する様にする。尚、警報スイッチＳ２が閉じられると警報システム回路を動作させて管理者等に変流器２次端子の開放を知らせ、短絡スイッチＳ３が閉じられると変流器の二次コイルを短絡させる。この様なスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３のスイッチング動作は、リレー回路部（１６０）に依る電磁気誘導現象に依り、リレーコイルに電流が流れるのと殆ど同時にそれぞれのスイッチが閉じられる様にする事が出来るのである。

一方、リレー回路部（１６０）に電流が流れる様になると磁気が発生する事で短絡スイッチＳ３が閉じられる様になり、この間に管理者は変流器の異常部分を探して修理をした後、修理を完了すると別途に構成された復旧スイッチ（ＲＥＳＥＴ−ＳＷ）を押す事で磁気維持状態を解除させる。即ち、復旧スイッチ（ＲＥＳＥＴ−ＳＷ）を押すと印加電源（＋１２Ｖ）との関係で開放状態になるのでスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３は元来の状態に戻って来る。即ち、Ｓ１の復帰に依りリレーの磁気維持状態は解除され、Ｓ２の復帰に依り警報システム回路は作動を止める様になりＳ３の復帰に依り変流器２次側端子の短絡状態は解除される。

一方、左側のリレー回路部の代わりに短絡スイッチや警報スイッチを作動させるスイッチとしてリレー接点と類似な機能をするトランジスタ、トライアック、ＳＣＲ、フォトリレー等多様な電子部品を使用するのが可能である事は先だって観察したのと同様である。

図４の感知装置もまた上記短絡回路部に電源を連結させる点検スイッチを設置する事で、管理者は必要時点検スイッチを押して短絡回路部を作動させる事が出来、これに従い変流器の２次端子は必要な作業が完了されるまで安定的に短絡状態を維持する事が出来る。

図５は今まで説明した感知装置が電気設備に連結されて実施される実施例に関する図面である。図示された様に、変流器の１次側には一般的な電源（２７０）と負荷（２５０）が連結されており、２次側には電流計、電力計、継電器、記録計等 各種計測器と本発明の感知装置が連結されている。

変流器（２６０）の２次端子が開放されると、開放電圧は感知装置の入力信号になり過電圧を遮断する保護部（２２０）、信号を整流して直流に変換させる整流部（２３０）、基準電圧と整流信号の値を比較する比較部（２４０）及び短絡スイッチを含めている短絡回路部（２１０）を経て結局変流器の２次端子を短絡させる様になる。

一方、点検スイッチ（２８０）を押す様になると短絡回路部に電源が供給されこれに従がい短絡回路部が作動して変流器２次端子が短絡される。即ち比較部より開放信号が入力されなくても点検スイッチを通じて必要な時に何時でも変流器２次端子の安定的な短絡状態を維持する事が出来るのである。

以上、本発明の特定な実施例が説明され図示されたが、本発明は当業者に依り多様に変形されて実施される可能性があるのは自明な事である。しかしこの様な変形された実施例等は本発明の技術的思想や観点から個別的に理解されてはいけなく本発明の請求範囲に含まれるものと解釈すべきである。

本発明の望ましい一実施例に従うリレー式変流器開放感知装置の回路構成図。 本発明の感知回路に供給される電源供給部の回路構成図。 本発明の望ましい一実施例に従う電子式変流器開放感知装置の回路構成図。 本発明の望ましい一実施例に従う変流器開放感知装置の回路構成図。 本発明の変流器開放感知装置が具現された電気設備構成のブロック図。

Claims (8)

1. 変流器の２次端子開放を感知する装置に於いて、変流器２次端子に連結されて２次端子の開放電圧を減少させて過電圧を遮断する回路保護部；上記回路保護部を通過した電圧信号を整流させる整流部；上記整流部で出力された電圧信号と予め設定された基準電圧の値を比較して上記変流器２次端子の開放に対する電圧信号を出力させる比較部；及び上記比較部で出力された電圧信号に依り作動して上記開放された２次端子を短絡させる機能を遂行する短絡回路部を含めて構成される事を特徴とする変流器の二次開放感知装置。
2. 上記短絡回路部は上記比較部で出力された２次端子の開放に対する電圧信号に依り電流が流れる事で磁気誘導を発生させるリレーコイル; 及び上記リレーコイルの磁気誘導に依り上記変流器２次端子を短絡させる短絡スイッチを含めて構成された事を特徴とする請求項１に記載の変流器の二次開放感知装置。
3. 上記短絡回路部は上記比較部で出力された２次端子の開放に対する電圧信号の入力を受けて動作信号を出力させる集積回路；及び上記変流器２次端子に連結されて上記集積回路の出力信号の入力を受けて上記変流器２次端子を短絡させるトライアックを含めて構成された事を特徴とする請求項１に記載の変流器の二次開放感知装置。
4. 上記短絡回路部はトランジスタ、トライアック、ＳＣＲ、フォトリレー中 どれか一つを含めて構成された事を特徴とする請求項１に記載の変流器の二次開放感知装置。
5. 上記比較部で出力された２次端子の開放に対する電圧信号に依り上記２次端子の開放に対する警報システムを動作させる警報スイッチを更に含む事を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の変流器の二次開放感知装置。
6. 上記短絡回路部に電源を連結させて作動させる事で上記変流器の２次端子を短絡させる事が出来る点検スイッチを更に含む事を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の変流器の二次開放感知装置。
7. 上記整流部に依り整流された信号を増幅する為のバッファ増幅部を更に含む事を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の変流器の二次開放感知装置。
8. 上記２次端子の開放に依り作動した短絡回路部の作動状態を解除する為の復旧スイッチを更に含む事を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の変流器の二次開放感知装置。

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