JP2010075001A - 高調波継電器 - Google Patents

Abstract

【課題】設定変更の手間を軽減しつつ、高次の高調波に対しての検出・出力動作が可能で広範囲な動作領域を持つことができる高調波継電器を提供する。
【解決手段】入力電流に含まれる高調波電流の検出結果に応じて電気信号を出力する高調波継電器１０において、上記入力電流からアナログフィルタ１２を用いて所定の次数の高調波電流を検出する検出回路１と、上記入力電流からデジタルフィルタ１８を用いて所定の次数の高調波電流を検出する検出回路２とを備え、検出回路１の検出結果と検出回路２の検出結果とに応じて、上記電気信号を出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力系統や電力機器から発生する高調波電流／電圧を検出し、高調波過負荷からの保護を行う高調波継電器に関するものである。

電子機器の普及に伴い、高調波発生源が増加し、高調波電流および電力系統の電圧歪が増大することによって、高調波による電力機器への障害（例えば、コンデンサやリアクトル設備の障害）が増えている。一般にコンデンサやリアクトル設備の高調波からの保護には、過電流継電器および高調波電圧・電流継電器が使用されている。過電流継電器および高調波電圧・電流継電器は、高調波電流・電圧を検出すると、遮断器などの開閉器へ制御信号を出力し異常個所を切り離すことで、その影響を最小限に抑え、電力機器を高調波過負荷から保護する。

ここで、過電流継電器および高調波電圧・電流継電器には、該当する高調波以上の高調波を検出するために、オペアンプや受動部品などのハードウェア構成からなるアナログフィルタを用いた検出回路や、ＣＰＵなどのソフトウェア構成からなるデジタルフィルタを用いた検出回路が構成されている。そして、検出する高調波毎に動作値および動作時間が設定されている。

例えば、特許文献１には、ＣＰＵのデジタル処理（デジタルフィルタ）により基本波および各調波の高調波電圧・電流成分を算出し、これらを考慮して高調波過負荷の保護を行うための警報出力を行う構成が記載されている。

また、特許文献２には、高調波含有の有無に応じてフィルタの組合せを切り替え、系統入力に高調波が含まれていない場合には、高利得のアナログフィルタを経た入力データを出力し、系統入力に高調波が含まれている場合には、低利得のアナログフィルタとデジタルフィルタとが直列化された回路を経て低次〜高次高調波を除去した入力データを出力する構成が記載されている。
特開２０００−２０１４３０号公報（平成１２年７月１８日公開） 特公平５−３４８８５号公報（１９９３年５月２５日公開）

しかしながら、上記特許文献１，２に記載の構成では、最終的にデジタルフィルタにより高調波を検出した結果を得ている。デジタルフィルタによる高調波の検出は、「サンプリング周波数／２」までしか周波数解析を行うことができない。このため、上記特許文献１，２に記載の構成では、高次の高調波を検出することが困難であるという問題点を有している。また、例えば、サンプリング周波数を上げようとすると、ハードウェアが高価となり、消費電力が増加するという問題が生じる。

また、上記特許文献２に記載の構成のように、アナログフィルタを用いた場合、検出する高調波毎にフィルタ回路（抵抗やコンデンサ定数）の変更が必要であるという問題点がある。さらにこれに併せて、検出する高調波毎に実装工程の管理も必要となる。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、設定変更の手間を軽減しつつ、高次の高調波に対しての検出・出力動作が可能で広範囲な動作領域を持つことができる高調波継電器を提供することにある。

本発明の高調波継電器は、上記課題を解決するために、入力電流に含まれる高調波電流の検出結果に応じて電気信号を出力する高調波継電器において、上記入力電流からアナログフィルタを用いて所定の次数の高調波電流を検出する第１検出手段と、上記入力電流からデジタルフィルタを用いて所定の次数の高調波電流を検出する第２検出手段とを備え、上記第１検出手段の検出結果と上記第２検出手段の検出結果とに応じて、上記電気信号を出力することを特徴としている。

また、本発明の高調波継電器は、上記課題を解決するために、入力電圧に含まれる高調波電圧の検出結果に応じて電気信号を出力する高調波継電器において、上記入力電圧からアナログフィルタを用いて所定の次数の高調波電圧を検出する第１検出手段と、上記入力電圧からデジタルフィルタを用いて所定の次数の高調波電圧を検出する第２検出手段とを備え、上記第１検出手段の検出結果と上記第２検出手段の検出結果とに応じて、上記電気信号を出力することを特徴としている。

上記の各構成によれば、デジタルフィルタを用いた第２検出手段では検出不可能な、検出範囲外（サンプリング周波数／２以上）の高次の高調波電流／電圧が入力されている場合であっても、アナログフィルタを用いた第１検出手段で検出されることによって、電気信号の出力を行うことが可能となる。

また、検出する高調波電流／電圧の次数を変更する場合、設定高調波毎にアナログフィルタの構成（抵抗やコンデンサ定数）を変更する必要はなく、デジタルフィルタ（ソフトウェア）の変更もしくは切り換えのみを行えばよいので、設定変更の手間が軽減されるとともに、デジタルフィルタが解析可能な周波数までハードウェアを変更せずに、任意の高調波を検出し出力動作を行うことが可能となる。

したがって、高調波継電器では、設定変更の手間を軽減しつつ、従来のデジタルフィルタのみでは検出・出力動作が不可能な高次の高調波電流／電圧に対しての検出・出力動作が可能となっており、広範囲な動作領域を持つことが可能となる。また、動作領域が拡大されていることから、高調波過負荷からの保護機能を向上することが可能となる。

また、本発明の高調波継電器は、上記デジタルフィルタにより検出される高調波電流の次数を設定する制御手段を備え、上記デジタルフィルタは、上記制御手段から出力される制御信号に基づいて、検出する高調波電流の次数を切り換えることが好ましい。

また、本発明の高調波継電器は、上記デジタルフィルタにより検出される高調波電圧の次数を設定する制御手段を備え、上記デジタルフィルタは、上記制御手段から出力される制御信号に基づいて、検出する高調波電圧の次数を切り換えることが好ましい。

上記の各構成によれば、例えば、ユーザが入力操作を行うことにより、制御手段に、デジタルフィルタにより検出される高調波電流／電圧の次数の設定を指示するだけで、検出される高調波電流／電圧の次数を容易かつ瞬時に切り換えることが可能となる。また、製品の管理や操作も簡単になる。

また、本発明の高調波継電器は、上記入力電流に、試験信号を重畳する試験信号重畳手段を備えていることが好ましい。

また、本発明の高調波継電器は、上記入力電圧に、試験信号を重畳する試験信号重畳手段を備えていることが好ましい。

上記の各構成によれば、入力電流／電圧に試験信号を重畳することで、入力電流／電圧に高調波電流／電圧が付加されている状態を作り出し、機器内が正常に動作しているかを点検することが可能となる。またこれにより、製品の早期故障発見や信頼性の向上を実現することが可能となる。

以上のように、本発明の高調波継電器は、入力電流からアナログフィルタを用いて所定の次数の高調波電流を検出する第１検出手段と、上記入力電流からデジタルフィルタを用いて所定の次数の高調波電流を検出する第２検出手段とを備え、上記第１検出手段の検出結果と上記第２検出手段の検出結果とに応じて、電気信号を出力する構成である。

また、本発明の高調波継電器は、入力電圧からアナログフィルタを用いて所定の次数の高調波電圧を検出する第１検出手段と、上記入力電圧からデジタルフィルタを用いて所定の次数の高調波電圧を検出する第２検出手段とを備え、上記第１検出手段の検出結果と上記第２検出手段の検出結果とに応じて、電気信号を出力する構成である。

それゆえ、上記各高調波継電器では、設定変更の手間を軽減しつつ、従来のデジタルフィルタのみでは検出・出力動作が不可能な高次の高調波電流／電圧に対しての検出・出力動作が可能となっており、広範囲な動作領域を持つことができるという効果を奏する。また、動作領域が拡大されていることから、高調波過負荷からの保護機能を向上することができるという効果を併せて奏する。

〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。

（高調波継電器の構成）
始めに、本実施の形態の高調波継電器の構成について説明する。

図１は、本実施の形態の高調波継電器１０の一構成例を示すブロック図である。

図１に示すように、高調波継電器１０は、電流−電圧変換回路１１、アナログフィルタ１２、整流回路１３、Ａ／Ｄ変換回路１４、動作値判定回路１５、動作時間判定回路１６、Ａ／Ｄ変換回路１７、デジタルフィルタ１８、実効値演算回路１９、動作値判定回路２０、動作時間判定回路２１、条件判定回路２２、およびトリップ出力回路２３を備えている。

電流−電圧変換回路１１は、ＣＴ（計器用変流器）と抵抗とにより構成されている。電流−電圧変換回路１１は、ＣＴの１次側で入力した電流に応じて、ＣＴの２次側で変成した電流を流すとともに、該電流を抵抗によって電圧に変換し、アナログフィルタ１２およびＡ／Ｄ変換回路１７にそれぞれ出力する。

アナログフィルタ１２は、オペアンプや受動部品などのハードウェアから構成されているハイパスフィルタである。アナログフィルタ１２は、予め設定された遮断周波数に基づいて、入力電流から所定の高調波電流を通過させる。アナログフィルタ１２は、通過させた高調波電流を、整流回路１３に出力する。

整流回路１３は、高調波電流の大きさを検出し、検出した大きさを示す信号をＡ／Ｄ変換回路１４に出力する。具体的には、整流回路１３は、ＲＣ回路などを構成しており、入力した高調波電流に対し、負電圧を正電圧または０電圧にして、ＲＣ回路などによって高調波電流の大きさを検出する。

Ａ／Ｄ変換回路１４およびＡ／Ｄ変換回路１７は、入力電流をアナログ値からデジタル値に変換する回路であり、同一の構成を有している。Ａ／Ｄ変換回路１４は、変換した電流信号を動作値判定回路１５に出力する。Ａ／Ｄ変換回路１７は、変換した電流信号をデジタルフィルタ１８に出力する。

デジタルフィルタ１８は、ＣＰＵなどのソフトウェアから構成されているフィルタである。デジタルフィルタ１８は、予め設定された遮断周波数に基づいて、入力電流から所定の高調波電流を通過させる。デジタルフィルタ１８は、通過させた高調波電流を、実効値演算回路１９に出力する。

実効値演算回路１９は、高調波電流の大きさを検出し、検出した大きさを示す信号を動作値判定回路２０に出力する。

動作値判定回路１５および動作値判定回路２０は、入力信号から動作値を判定する回路であり、同一の構成を有している。動作値判定回路１５および動作値判定回路２０は、入力信号を予め高調波毎に設定された整定値と比較して、以上か未満かを判定する。入力信号が整定値以上であれば、動作値判定回路１５および動作値判定回路２０は、信号を動作時間判定回路１６および動作時間判定回路２１にそれぞれ出力する。

動作時間判定回路１６および動作時間判定回路２１は、入力信号から動作時間を判定する回路であり、同一の構成を有している。動作時間判定回路１６および動作時間判定回路２１は、タイマーなどの時間計測手段を有しており、予め高調波毎に設定された整定時間、動作値判定回路１５および動作値判定回路２０から信号が連続して出力されているか否かを判定する。信号が整定時間の間連続して出力されていれば、動作時間判定回路１６および動作時間判定回路２１は、信号を条件判定回路２２に出力する。

条件判定回路２２は、動作時間判定回路１６および動作時間判定回路２１からの出力信号に基づいて、トリップ出力を行うか否かを判定する。トリップ出力を行うと判定した場合、条件判定回路２２は、駆動信号をトリップ出力回路２３に出力する。一方、トリップ出力を行わないと判定した場合、条件判定回路２２は信号を出力しない。

トリップ出力回路２３は、条件判定回路２２からの駆動信号を入力することにより、装置外部にトリップ出力を行う。このトリップ出力は、高調波過負荷の状態を通知する信号となり、高調波過負荷の保護に用いられる。ゆえに、トリップ出力回路２３に限らず、警報出力回路でもよいし、保護する出力または保護を働きかける出力を行うものであればよい。

なお、動作値判定回路１５、動作時間判定回路１６、デジタルフィルタ１８、実効値演算回路１９、動作値判定回路２０、動作時間判定回路２１、および条件判定回路２２は、ＣＰＵで行っており、ソフトウェア構成で実現することができる。

また、動作値判定回路１５、動作時間判定回路１６、動作値判定回路２０、および動作時間判定回路２１は、後述の図６に示す入力部３２および制御部３１ような判定条件制御手段と、判定条件（整定値、整定時間）を決める情報のやりとりを行っている。これにより、例えば、ユーザが入力操作を行うことで、判定条件の設定を行うことが可能となっている。

（高調波継電器の動作）
次に、上記構成を有する高調波継電器１０の処理の流れについて説明する。

なお、以下の説明では、アナログフィルタ１２は、基本周波数の２倍以上を通過させるように構成され、デジタルフィルタ１８は、サンプリング周波数が基本周波数の１０倍に設定されており、基本周波数の５倍まで周波数解析を行うように構成されているとする。また、トリップ出力を行う高調波が、基本周波数の２倍以上に設定されているとする。

高調波継電器１０では、常時、高調波過負荷からの保護を行う電気回路に流れる電流が、電流−電圧変換回路１１に連続して入力され、電流−電圧変換回路１１により作成された電流が、アナログフィルタ１２およびＡ／Ｄ変換回路１７にそれぞれ出力されている。

アナログフィルタ１２では、入力電流から基本波が除去されて、２次以上の高調波電流が抽出される。そして、この２次以上の高調波電流は、整流回路１３により全波整流または半波整流が行われ、大きさ（量）が検出される。整流回路１３から出力された電流は、Ａ／Ｄ変換回路１４によりアナログ値からデジタル値に変換され、動作値判定回路１５に出力される。

つまりは、アナログフィルタ１２は、２次以上の高調波電流を通過させているだけであるので、整流回路１３により、どの程度の大きさの高調波電流が存在するのかを特定している。ゆえに、アナログフィルタ１２および整流回路１３からなる検出回路１（第１検出手段）により、２次以上の高調波電流が大きさ（量）として検出され、後段に出力されている。

動作値判定回路１５では、Ａ／Ｄ変換回路１４から出力された信号に基づいて、動作値が判定される。そして、動作時間判定回路１６では、動作値の判定結果に基づいて動作時間が判定される。つまりは、動作値判定回路１５および動作時間判定回路１６は、２次以上の高調波の有無を判定している。これらの判定の結果、２次以上の高調波電流が発生していると判定した場合、動作時間判定回路１６は、信号を条件判定回路２２に出力する。

一方、Ａ／Ｄ変換回路１７によりアナログ値からデジタル値に変換された信号が、デジタルフィルタ１８に出力されている。デジタルフィルタ１８では、入力信号に対しての周波数解析が行われ、２次〜５次までの高調波電流が抽出される。そして、抽出された２次〜５次の高調波電流は、実効値演算回路１９により、大きさ（量）が検出される。実効値演算回路１９から出力された信号は、動作値判定回路２０に出力される。

つまりは、デジタルフィルタ１８は、２次〜５次の高調波電流の有無を検出しているだけであるので、実効値演算回路１９により、どの程度の大きさの高調波電流が存在するのかを特定している。ゆえに、デジタルフィルタ１８および実効値演算回路１９からなる検出回路２（第２検出手段）により、２次〜５次の高調波電流が大きさ（量）として検出され、後段に出力されている。

動作値判定回路２０では、実効値演算回路１９から出力された信号に基づいて、動作値が判定される。そして、動作時間判定回路２１では、動作値の判定結果に基づいて動作時間が判定される。つまりは、動作値判定回路２０および動作時間判定回路２１は、２次以上の高調波の有無を判定している。これらの判定の結果、２次以上の高調波電流が発生していると判定した場合、動作時間判定回路２１は、信号を条件判定回路２２に出力する。

条件判定回路２２では、動作時間判定回路１６からの出力信号と、動作時間判定回路２１からの出力信号とに基づいて、トリップ出力の要否が判定される。具体的には、条件判定回路２２は、動作時間判定回路１６からの出力信号と動作時間判定回路２１からの出力信号とを両方入力した時点で、トリップ出力が必要であると判定する。そして、この判定結果、条件判定回路２２は駆動信号をトリップ出力回路２３に出力する。また、条件判定回路２２は、動作時間判定回路１６から、「デジタルフィルタ１８のサンプリング周波数／２」以上（５次よりも上）の高調波電流が発生していると判定された結果を受けた場合も、トリップ出力が必要であると判定し、駆動信号をトリップ出力回路２３に出力する。

トリップ出力回路２３では、駆動信号の入力によりトリップ出力が行われる。高調波継電器１０が、例えば、電力機器に設けられている高調波に弱いコンデンサの保護のために使用されている場合、トリップ出力を行うことで、遮断器などの開閉器によりコンデンサを異常個所から切り離す。これにより、コンデンサを高調波過負荷から保護することが可能となっている。

図２は、上述した設定・構成で、高調波継電器１０のトリップ出力を行う動作領域を表す図である。横軸は基本周波数に対する倍率を示し、縦軸は電流整定値に対する倍率を示し、斜線領域は動作領域を示している。電流整定値は、高調波継電器１０のユーザによって予め選択されている入力電流の範囲（値）である。

図２に示すように、デジタルフィルタ１８は、サンプリング周波数／２以上の周波数を検出することはできないため、デジタルフィルタ１８を用いた検出回路２のみでは、５次までの高調波電流の検出でしかトリップ出力を行うことができない。しかし、高調波継電器１０では、アナログフィルタ１２を用いた検出回路１を備えることによって、デジタルフィルタ１８を用いた検出回路２で検出不可能な、５次よりも高くアナログフィルタ１２の動作範囲内の高次の高調波電流の検出に対しても、トリップ出力を行うことが可能となっている。これにより、電流整定値に対してほぼ１００％の電流が入力され、かつ２次以上の高調波電流が検出されれば、トリップ出力が行われるので、高調波過負荷からの保護機能を向上することが可能となる。

なお、アナログフィルタ１２を実際に構成する上で、回路構成により影響（オペアンプのスルーレート特性や回路上のコンデンサなど）を受けるため、アナログフィルタ１２の動作範囲は高次（１０次以上）であるが有限となっている。

また、図３に、アナログフィルタ１２が基本周波数の２倍以上を通過させるように構成され、デジタルフィルタ１８が基本周波数の５倍まで周波数解析を行うように構成されているときに、トリップ出力を行う高調波が、基本周波数の３倍以上に設定されている場合の、高調波継電器１０のトリップ出力を行う動作領域を表す。横軸は基本周波数に対する倍率を示し、縦軸は電流整定値に対する倍率を示し、斜線領域は動作領域を示している。

図３に示すように、デジタルフィルタ１８を用いた検出回路２で検出不可能な、５次よりも高くアナログフィルタ１２の動作範囲内の高次の高調波電流の検出に対しても、トリップ出力を行うことが可能となっている。これにより、電流整定値に対してほぼ１００％の電流が入力され、かつ３次以上の高調波電流が検出されれば、トリップ出力が行われるので、高調波過負荷からの保護機能を向上することが可能となる。

さらに、図４に、トリップ出力を行う高調波（設定高調波）を２次〜５次に設定した場合において、デジタルフィルタ１８を設定高調波に合わせて構成し、高調波継電器１０に高調波を入力した場合のトリップ出力の動作状態を示す。

図４から明らかなように、デジタルフィルタ１８側では周波数解析を行うことができない、検出範囲外（５次よりも上）の高調波電流が入力されている場合であっても、アナログフィルタ１２側で検出されることによって、高調波継電器１０はトリップ出力を行うことが可能となっている。

以上のように、高調波継電器１０は、入力電流からアナログフィルタ１２を用いて所定の次数の高調波電流を検出する検出回路１と、上記入力電流からデジタルフィルタ１８を用いて所定の次数の高調波電流を検出する検出回路２とを備え、検出回路１の検出結果と検出回路２の検出結果とに応じて、トリップ出力を行う構成を有している。

換言すれば、高調波継電器１０は、検出回路１および検出回路２に電流を供給する電流−電圧変換回路１１と、検出回路１の出力信号と検出回路２の出力信号とからトリップ出力の要否を判定する条件判定回路２２との間に、検出回路１と検出回路２とが並列に構成されている構成を有している。

これにより、図２〜４に示したように、デジタルフィルタ１８を用いた検出回路２では検出不可能な、検出範囲外（サンプリング周波数／２以上）の高次の高調波電流が入力されている場合であっても、アナログフィルタ１２を用いた検出回路１で検出されることによって、高調波継電器１０はトリップ出力を行うことが可能となる。

また、設定高調波を変更する場合、設定高調波毎にアナログフィルタ１２の構成（抵抗やコンデンサ定数）を変更する必要はなく、デジタルフィルタ１８（ソフトウェア）の変更もしくは切り換えのみを行えばよいので、設定変更の手間が軽減されるとともに、デジタルフィルタ１８が解析可能な周波数までハードウェア変更せずに、任意の高調波を検出し出力動作を行うことが可能となる。すなわち、複数の高調波継電器１０におけるハードウェア回路を共通化することが可能となる。

したがって、高調波継電器１０では、設定変更の手間を軽減しつつ、従来のデジタルフィルタのみでは検出・出力動作が不可能な高次の高調波に対しての検出・出力動作が可能となっており、広範囲な動作領域を持つことが可能となる。また、動作領域が拡大されていることから、高調波過負荷からの保護機能を向上することが可能となる。

なお、上述した高調波継電器１０は、図１に示した構成に限らず、必要に応じて、電流−電圧変換回路１１から、Ａ／Ｄ変換回路１４およびＡ／Ｄ変換回路１７までの間に、増幅回路や、アンチエイリアシング回路、電力系統周波数に同期サンプリングするためのＰＬＬ回路などを、それぞれ好適な箇所に設けてもよい。

また、上述した高調波継電器１０では、整流回路１３からの出力はＡ／Ｄ変換してＣＰＵで処理していたが、整流回路１３からの出力をＡ／Ｄ変換せずに、コンパレータ回路やＲＣ回路などを用いて、動作値判定回路１５および動作時間判定回路１６と同等の機能を有する回路を構成することもできる。この場合、判定結果を示す信号を、Ａ／Ｄ変換して条件判定回路２２に供給すればよい。

さらに、デジタルフィルタ１８は、ＦＩＲやＩＩＲフィルタでも、ＤＦＴやＦＦＴを用いた周波数解析でも、デジタル処理により高調波を検出できるものであれば、どのようなものを用いても構わない。なお、デジタルフィルタ１８の周波数特性は、従来のアナログフィルタの周波数特性と同等になるように構成することが好ましい。これにより、従来のアナログフィルタのみの高調波継電器や、従来のデジタルフィルタのみの高調波継電器と、同等の性能を持つことが可能となる。

またさらに、検出回路１および検出回路２の構成は、図１に示すものに限るわけではない。つまりは、検出回路１は、アナログフィルタ１２を用いて所定の次数の高調波電流を検出するように構成されていればよく、整流回路１３に限らない。また、検出回路２は、デジタルフィルタ１８を用いて所定の次数の高調波電流を検出するように構成されていればよく、実効値演算回路１９に限らない。

また、上述した高調波継電器１０では、図２，３に示したように、検出回路１の動作領域の一部が、検出回路２の動作領域と被っている構成について説明したが、例えば、図５に示すように、検出回路１の動作領域と、検出回路２の動作領域とを分けるように設定してもよい。図５は、アナログフィルタ１２が基本周波数の５倍以上を通過させるように構成され、デジタルフィルタ１８が基本周波数の５倍まで周波数解析を行うように構成されているときに、トリップ出力を行う高調波が、基本周波数の２倍以上に設定されている場合の、高調波継電器１０のトリップ出力を行う動作領域を表す図である。

ここで、上述した高調波継電器１０では、入力電流から高調波電流を検出する構成について説明したが、入力電圧から、高調波電圧を検出する構成とすることもできる。この場合、図１に示す構成において、電流−電圧変換回路１１に替えて、必要に応じて電圧トランスや分圧抵抗などを設け、これらからアナログフィルタ１２およびＡ／Ｄ変換回路１７に電圧をそれぞれ供給すればよい。アナログフィルタ１２から後段の回路およびＡ／Ｄ変換回路１７から後段の回路は、電圧基準で動作させることにより、同様にトリップ出力を行うことが可能である。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

図６は、本実施の形態の高調波継電器３０の一構成例を示すブロック図である。

図６に示すように、本実施の形態の高調波継電器３０は、前記実施の形態１の高調波継電器１０の構成に加えて、制御部３１（制御手段）および入力部３２を備えている。また、デジタルフィルタ１８および条件判定回路２２は、制御部３１からの出力信号に基づいて、設定高調波が切り換え可能に構成されている。

入力部３２は、ユーザの操作が入力される部分であり、例えば、筐体に設けられているスイッチ（ボタン）や、タッチパネルなどである。ユーザは、入力部３２から、保護機能を実行させる高調波を設定する。制御部３１は、デジタルフィルタ１８の設定高調波を設定するものであり、入力部３２から設定高調波の通知を受けると、デジタルフィルタ１８および条件判定回路２２に、通知に従った設定高調波に切り換えるための制御信号をそれぞれ出力する。デジタルフィルタ１８および条件判定回路２２は、制御信号に基づいて設定高調波を切り換える。

これにより、高調波継電器３０では、ユーザの操作入力に応じて、設定高調波を容易かつ瞬時に切り換えることが可能となり、製品の管理面や保守面で役立てることが可能となる。また、現在設定されている高調波をユーザに明示するために、例えば発光ダイオードなどにより動作表示を行うように構成することもできる。

〔実施の形態３〕
本発明の他の実施の形態について図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１，２と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１，２の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

図７は、本実施の形態の高調波継電器５０の一構成例を示すブロック図である。

図７に示すように、本実施の形態の高調波継電器５０は、前記実施の形態１の高調波継電器１０の構成から条件判定回路２２を除いた構成に加えて、試験信号重畳回路５１（試験信号重畳手段）および条件判定回路５２を備えている。この構成により、高調波継電器５０は、前記実施の形態１の高調波継電器１０の機能に加えて、回路の点検を行うことが可能となっている。

試験信号重畳回路５１は、条件判定回路５２からの出力信号を受けることにより、電流−電圧変換回路１１からアナログフィルタ１２およびＡ／Ｄ変換回路１７に出力される電流に、定期的に、試験信号（例えば、所定の周波数のパルス信号）を重畳する。

条件判定回路５２は、条件判定回路２２と同一の機能を有するとともに、動作時間判定回路１６および動作時間判定回路２１からの出力信号を考慮しつつ、定期的に、または、制御部などの指示に従って、試験信号重畳回路５１に信号を出力する。つまりは、条件判定回路５２は、点検を行う場合のみ、信号を試験信号重畳回路５１に出力する。条件判定回路５２は、点検を行う時間間隔が適宜設定可能に構成されている。

高調波継電器５０では、常時、高調波過負荷からの保護を行う電気回路に流れる電流が、電流−電圧変換回路１１に連続して入力され、電流−電圧変換回路１１により作成された電流が、アナログフィルタ１２およびＡ／Ｄ変換回路１７にそれぞれ出力されている。それゆえ、上述した高調波継電器１０の処理と同一の処理によって、設定された高調波電流が検出されればトリップ出力が行われる。

この間、条件判定回路５２は、例えば１日に１回など設定に従って定期的に、試験信号重畳回路５１に信号を出力する。これにより、試験信号重畳回路５１から試験信号が出力される。この試験信号は、電流−電圧変換回路１１からアナログフィルタ１２およびＡ／Ｄ変換回路１７に出力される電流に重畳する（例えば、基本波が６０Ｈｚのとき、１２０Ｈｚ相当のパルスを重畳する。）。そして、試験信号が重畳された電流は、各回路により処理され、最終的に条件判定回路５２により、各回路が試験信号を検出したか否かが判定されることになる。つまりは、試験信号を擬似高調波として入力電流に付加することによって、各回路が正常に動作しているかを確認することが可能となる。

なお、条件判定回路２２は、トリップ出力が不要である点を確認した上で、試験信号を出力する。そして、試験信号の重畳中は、条件判定回路２２は、駆動信号をトリップ出力回路２３に出力しないように設定されている。これにより、点検中は、保護継電器機能は中止となり、不要な動作を防ぐことが可能となっている。

このように、高調波継電器５０では、定期的に高調波継電器５０の内部より試験信号を入力電流に重畳することで、入力電流に高調波電流が付加されている状態を作り出し、機器内が正常に動作しているかを点検することが可能となっている。それゆえ、高調波継電器５０は、製品の早期故障発見や信頼性の向上に役立てることが可能となっている。

また、図２の検出回路２動作領域において、高調波の検出状態により試験信号重畳回路５１が出力する試験信号の周波数を任意に変更して、各回路の点検を行うこともできる。例えば、定常的に３次高調波が大きい場合は、その３次高調波相当の試験信号を避けて点検を行うこともできる。これにより、さらに信頼性を向上することが可能となる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、高調波過負荷からの保護を行う高調波継電器に関する分野に好適に用いることができるだけでなく、高調波継電器の製造方法に関する分野にも好適に用いることができ、さらには、高調波継電器を備える電気機器などの分野にも広く用いることができる。

本発明における高調波継電器の実施の一形態を示すブロック図である。 上記高調波継電器において、アナログフィルタが基本周波数の２倍以上を通過させるように構成され、デジタルフィルタが基本周波数の５倍まで周波数解析を行うように構成されているときに、トリップ出力を行う高調波が基本周波数の２倍以上に設定されている場合の動作領域を表す図である。 上記高調波継電器において、アナログフィルタが基本周波数の２倍以上を通過させるように構成され、デジタルフィルタが基本周波数の５倍まで周波数解析を行うように構成されているときに、トリップ出力を行う高調波が基本周波数の３倍以上に設定されている場合の動作領域を表す図である。 上記高調波継電器において、トリップ出力を行う高調波を２次〜５次に設定したときの動作状態を示す表である。 上記高調波継電器において、アナログフィルタが基本周波数の５倍以上を通過させるように構成され、デジタルフィルタが基本周波数の５倍まで周波数解析を行うように構成されているときに、トリップ出力を行う高調波が基本周波数の２倍以上に設定されている場合の動作領域を表す図である。 本発明における高調波継電器の他の実施の形態を示すブロック図である。 本発明における高調波継電器のさらに他の実施の形態を示すブロック図である。

符号の説明

１ 検出回路（第１検出手段）
２ 検出回路（第２検出手段）
１０，３０，５０ 高調波継電器
１１ 電流−電圧変換回路
１２ アナログフィルタ
１３ 整流回路
１４，１７ Ａ／Ｄ変換回路
１５，２０ 動作値判定回路
１６，２１ 動作時間判定回路
１８ デジタルフィルタ
１９ 実効値演算回路
２２ 条件判定回路
２３ トリップ出力回路
３１ 制御部（制御手段）
３２ 入力部
５１ 試験信号重畳回路（試験信号重畳手段）
５２ 条件判定回路

Claims (6)

1. 入力電流に含まれる高調波電流の検出結果に応じて電気信号を出力する高調波継電器において、
   上記入力電流からアナログフィルタを用いて所定の次数の高調波電流を検出する第１検出手段と、
   上記入力電流からデジタルフィルタを用いて所定の次数の高調波電流を検出する第２検出手段とを備え、
   上記第１検出手段の検出結果と上記第２検出手段の検出結果とに応じて、上記電気信号を出力することを特徴とする高調波継電器。
2. 上記デジタルフィルタにより検出される高調波電流の次数を設定する制御手段を備え、
   上記デジタルフィルタは、上記制御手段から出力される制御信号に基づいて、検出する高調波電流の次数を切り換えることを特徴とする請求項１に記載の高調波継電器。
3. 上記入力電流に、試験信号を重畳する試験信号重畳手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の高調波継電器。
4. 入力電圧に含まれる高調波電圧の検出結果に応じて電気信号を出力する高調波継電器において、
   上記入力電圧からアナログフィルタを用いて所定の次数の高調波電圧を検出する第１検出手段と、
   上記入力電圧からデジタルフィルタを用いて所定の次数の高調波電圧を検出する第２検出手段とを備え、
   上記第１検出手段の検出結果と上記第２検出手段の検出結果とに応じて、上記電気信号を出力することを特徴とする高調波継電器。
5. 上記デジタルフィルタにより検出される高調波電圧の次数を設定する制御手段を備え、
   上記デジタルフィルタは、上記制御手段から出力される制御信号に基づいて、検出する高調波電圧の次数を切り換えることを特徴とする請求項４に記載の高調波継電器。
6. 上記入力電圧に、試験信号を重畳する試験信号重畳手段を備えていることを特徴とする請求項４に記載の高調波継電器。

Images