JP2011152020A - 保護継電器 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間で更新することが可能な保護継電器を得る。
【解決手段】端子台１５ａを有し、ＣＰＵ演算部１２ａと、端子台１５ａからの電圧または電流をＣＰＵ演算部１２ａに入力する入力部１３ａと、ＣＰＵ演算部１２ａからの信号を端子台１５ａに出力する出力部１４ａと、で構成された保護継電器本体３０ａを収納する保護継電器ケース１１ａと、保護継電器ケース１１ａに設置されている既存の保護継電器本体３０ａと、既存の保護継電器本体３０ａを取り外した場所に収納される新たな保護継電器本体３０ａと、の寸法差に対応する大きさに形成され、端子台１５ａおよび新たな入力部１３ａと、端子台１５ａおよび新たな出力部１４ａと、を接続すべく端子台１５ａと新たな保護継電器本体３０ａとの間に設置されるジョイント部１６ａと、を備えた保護継電器。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力系統から入力される電流および電圧を監視するディジタル形保護継電器に関するものである。

保護継電器の改廃サイクルは一般的に７〜１０年程度であり、また、保護継電器の更新推奨時期は１５年（JEM-TR156による）とされている。このように、改廃サイクルと更新推奨時期は、時期的にずれているため、更新時には、従来使用していた保護継電器は既に生産中止となっていることが多く、従来使用していたものと同様のものを入手することが困難である。従って、更新時には新しい保護継電器を入手して運用する場合が多い。

特開２００２−７８１８２号公報

しかしながら、新しい保護継電器を入手した場合、その多くは、従来使用していた保護継電器と外形（特に奥行）の違いや、端子台位置の違い、端子台の違いによるネジサイズの違い、などの問題が生じる。特に、外形の違いにより、既存の保護継電器に接続されていた既存の配線が新しい保護継電器に届かない、あるいは、既存の配線に付属の圧着端子のネジ径が合致しない、などの問題が生じる場合がある。そのため、配線のやり直しや、圧着端子のかしめ直しなどの対処が必要となるが、配線をやり直しに伴う配線確認などの作業も伴うため、保護継電器の交換作業に伴う時間が必要になる。このように、保護継電器の交換には、時間を要するため、停電時間を長く取る必要があるが、近年の工場などでは２４時間操業の場合もあり、また情報インフラの分野ではサーバーの電源が切れないなどの事情により、停電時間を長く取ることは困難な状況である。従って、保護継電器を交換したくとも、停電時間の制約上、交換ができない状況である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、短時間で更新することが可能な保護継電器を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、入力される電流および電圧を取り込む端子台と、前記端子台からの電流および電圧のアナログ信号をディジタル信号に変換する入力部と、ディジタル信号を用いて所定の演算処理を実行する演算部と、前記演算部の処理結果に基づいて開閉器を動作させる動作信号を前記端子台に出力する出力部と、前記入力部、前記演算部、および前記出力部で構成された集合体を収納する収納体と、前記収納体から取り外した既存の集合体と、前記既存の集合体を取り外した場所に収納される新たな集合体と、の寸法差に対応する大きさに形成され、前記端子台および新たな入力部と、前記端子台および新たな出力部と、を電気的に接続すべく前記端子台と前記新たな集合体との間に設置されたジョイント部と、を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、従来機種からの外形的な変更点をなくし既存配線を使用するようにしたので保護継電器の更新時間を短くすることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる保護継電器の構成を示す図である。 図２は、既設の保護継電器の寸法を示す図である。 図３は、新設する保護継電器の寸法を示す図である。 図４は、ジョイント部の詳細を示す図である。 図５は、本発明の実施の形態２にかかるジョイント部の内部構成を示す図である。 図６は、本発明の実施の形態３にかかるジョイント部の内部構成を示す図である。 図７は、ＣＴの特性を説明するための図である。 図８は、本発明の実施の形態３にかかるジョイント部の内部構成を示す図である。 図９は、本発明の実施の形態５にかかるジョイント部の内部構成を示す図である。 図１０は、断面コの字のジョイント部を示す図である。

以下に、本発明にかかる保護継電器の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．

図１は、本発明の実施の形態１にかかる保護継電器の構成を示す図であり、図２は、既設の保護継電器の寸法を示す図であり、図３は、新設する保護継電器の寸法を示す図である。

図１に示される保護継電器は、主たる構成として、収納体である保護継電器ケース（以下単に「ケース」と称する）１１と、ケース１１の背面に設置され、外部配線が接続され入力される電流および電圧を取り込む端子台１５と、保護継電器本体（集合体）３０とを有して構成されている。保護継電器本体３０は、端子台１１からの電流および電圧のアナログ信号をディジタル信号に変換する入力部１３と、ディジタル信号を用いて所定の演算処理を実行するＣＰＵ演算部（以下単に「演算部」と称する）１２と、演算部１１の処理結果に基づいて開閉器を動作させる動作信号を端子台１５に出力する出力部１４で構成されている。

以下、図２と図３を用いて、既設の保護継電器と新設する保護継電器の奥行き方向の寸法に関して説明する。近年では、保護継電器が設置される盤内のスペースを確保するため、特に保護継電器の奥行き方向の寸法が短くなる傾向にある。図２と図３に示される保護継電器は、保護継電器の奥行きを概念的に示すものであり、図３の保護継電器本体３０は、図２の保護継電器本体３０に比べて、奥行き方向が短くなっていることが分かる。

新しい保護継電器に交換した場合、保護継電器本体３０の奥行きの違いによって、交換作業に伴う時間が長時間に及ぶ場合がある。具体的に説明すると、図２のケース１１は、図３のケース１１に比べて奥行きが長い構造である。図２の保護継電器をケース１１ごと取り外した箇所に、図３のケース１１を設置した場合、図３の端子台１５に既存の外部配線を接続できるようにも思えるが、この外部配線は、盤内のダクトに敷設され余長が見込まれていない。従って、外部配線の長さが足りなくなるため、結線のやり直し等の作業が発生することになる。

一方、図２の保護継電器ケース１１の中に、図３の保護継電器本体３０をそのまま設置した場合、図２の端子台１５と新しい保護継電器本体３０との間に隙間が生じてしまい、端子台１５と保護継電器本体３０とを電気的に接続することができない。

本実施の形態にかかる保護継電器は、図２の既存の保護継電器ケース１１の端子台１５と、新しい保護継電器本体３０との間に、ジョイント部１６を設置している。図１において、端子台１５および入力部１３を電気的に接続し、かつ、端子台１５および出力部１４を電気的に接続するジョイント部１６が示されている。入力部コネクタ４０は、ジョイント部１６が備える第１のコネクタ２０に接続され、出力部コネクタ４１は、ジョイント部１６が備える第２のコネクタ２１に接続される。これにより、図２の端子台１５と図３の保護継電器本体３０とを電気的に接続することができる。その結果、従来使用したケース１１を取り替えることなく、新しい保護継電器に交換することが可能となる。

図４は、ジョイント部の詳細を示すである。ジョイント部１６は、入力部コネクタ４０に接続される第１のコネクタ２０と、出力部コネクタ４１に接続される第２のコネクタ２１と、端子台１５に接続される第３のコネクタ２２を有して構成されている。第１のコネクタ２０と第３のコネクタ２２は、複数の配線５０で接続されている。同様に、第２のコネクタ２１と第３のコネクタ２２は、複数の配線５０で接続されている。第１のコネクタ２０および第２のコネクタ２１は、入力部コネクタ４０および出力部コネクタ４１と接続可能な形状であり、第３のコネクタ２２は、端子台１５と接続可能な形状である。

新しい保護継電器本体３０の設置手順としては、図２のケース１１から保護継電器本体３０を引き出した後、ジョイント部１６を図２のケース１１に設置する。その後、入力部コネクタ４０および出力部コネクタ４１を、第１のコネクタ２０および第２のコネクタ２１に接続するように、新しい保護継電器本体３０をケース１１に設置する。

以上説明したように、本実施の形態にかかる保護継電器は、保護継電器ケース１１（収納体）から取り外した保護継電器本体３０（集合体）と、既存の保護継電器本体３０を取り外した場所に収納される新たな保護継電器本体３０と、の寸法差に対応する大きさに形成され、端子台１５および新たな入力部１３と、端子台１５および新たな出力部１４と、を接続すべく端子台１５と新たな保護継電器本体３０との間に設置されたジョイント部１６を用いるようにしたので、既存配線を使用して保護継電器本体３０を交換することができ、保護継電器の更新時間を短くすることが可能である。

実施の形態２．
近年、技術向上によりＣＰＵの性能が上がり、複数の保護要素を搭載している複合型継電器が多く存在する。従来の継電器からこのような新しい継電器に交換した場合、新たに追加になった保護要素を監視するために、例えば、従来では相電圧で取り込まれていたものを線間電圧で取り込む必要がある場合や、従来では電流で取り込まれていたものを電圧で取り込む必要がある。従って、複合型継電器に交換した場合、従来の継電器に取り込まれていた電流や電圧などを、複合型継電器に適した入力に変換する手段が必要である。

図５は、本発明の実施の形態２にかかるジョイント部の内部構成を示す図である。図５のジョイント部１６には、入力変換部１７が設置されている。入力変換部１７は、端子台１５からの電流および電圧を、新たに設置された入力部１３に取り込み可能な電流および電圧に変換する。図５の入力変換部１７には、一例として、相電圧と線間電圧とを変換する機能が内蔵されている。従来では、例えば、図１に示す既存の保護継電器ケース１１の外部に入力変換器を設置して、既存の端子台１５に接続されていた配線を接続替えしなければならず、配線作業が長くなる傾向があった。

本実施の形態にかかる保護継電器は、入力変換部１７を設置したジョイント部１６を用いているため、例えば、図１に示す既存の保護継電器ケース１１の外部に入力変換器を設置する必要がなく、入力変換器の設置に伴う作業時間を削減することが可能である。また、実施の形態２にかかる保護継電器によれば、ジョイント部１６の内部スペースを有効利用できるので、保護継電器を設置する盤の省スペース化にも有効である。なお、入力変換部１７は、例えば、変流器や変圧器などであってもよい。

実施の形態３．
近年の継電器は、搭載される保護要素の増加や、ＤＩ（digital input）などの機能の追加によって、端子台が高集積化されている。このため、従来の継電器のケースと新しい継電器とでは、端子台の数、各要素と各出力との組み合わせ、端子台の配置、などが異なる。

図６は、本発明の実施の形態３にかかるジョイント部の内部構成を示す図である。図６のジョイント部１６は、出力信号変換部１８を有している。出力信号変換部１８の一端は、第２のコネクタ２１に接続され、他端は、第３のコネクタ２２に接続される。出力信号変換部１８は、新たに設置された出力部１４からの動作信号を端子台１５に適合した信号に変換する。具体的には、出力信号変換部１８は、新しい継電器からの複数の出力を組み合わせたり、出力先を替えるなどの処理を行い、新しい継電器からの出力を従来のケース１１の出力に適合させる。上述したように、新しい継電器と従来の継電器とでは、端子台１５の数や配置などが異なるため、出力部１４からの動作信号が既存の端子台１５に適合しない場合があるが、本発明の実施の形態にかかる出力信号変換部１８は、出力部１４からの動作信号（図６の例では３種類の動作動作）を、端子台１５に適合した所定の動作信号に変換する。図６に示すように、出力信号変換部１８をジョイント部１６に設置すれば、図１に示す既存の保護継電器ケース１１の外部に出力信号変換部１８を設置する必要がなく、出力信号変換部１８の設置に伴う作業時間を削減することが可能である。

実施の形態４．
現在主流となっているディジタル形継電器は、アナログ形継電器（とくに電気機械形）と比較して、アナログ入力部の負担抵抗が低減されている。主回路に設定されている変流器（ＣＴ）は、継電器の負担抵抗が大きく変わることでその特性も変わり、場合によっては継電器の動作特性に影響を与えることもある。図７は、ＣＴの特性を説明するための図である。図７に示される特性カーブＡは、アナログ形継電器を用いた場合のものである。ＣＴ２次電流は、ＣＴ１次電流がある程度増加すると飽和するため、アナログ入力部に流れる電流が頭打ちとなる。一方、ディジタル形継電器を用いた場合、アナログ入力部の負担抵抗が低減されるため、ＣＴの特性が特性カーブＢのように変化する。ＣＴの特性の変化が継電器の動作特性に影響を与えない範囲であれば負担抵抗を調整する必要はないが、継電器の動作特性に影響を与える可能性がある場合には、継電器交換後も、主回路から見た継電器の負担抵抗があまり変わらない方が望ましい。

例えば、変流器２次電流引き外し方式は、電路に故障電流が発生すると接触器が励磁され、接触器に連動する接点が開放され、引き外しコイルの短絡を開放することで、引き外しコイルに故障電流が流れ遮断器を引き外す。この方式は、特別な電源を必要としないことから、安価なシステムを構成することができる。ところが、この方式の場合、故障電流が発生したときに、接触器に連動する接点を切るため、２次電流が大きいほど接点へのダメージが大きくなる。アナログ形継電器からディジタル形継電器に交換した場合、負担抵抗が小さくなるため２次電流が大きくなり、このような問題が生じる場合がある。

図８は、本発明の実施の形態３にかかるジョイント部の内部構成を示す図である。図８のジョイント部１６には、アナログ入力部の負担抵抗を調整するための負担抵抗調整部１９が設置されている。この負担抵抗調整部１９は、アナログ形継電器からディジタル形継電器に交換した際に、交換前のアナログ入力部における負担抵抗と、交換前のアナログ入力部における負担抵抗との差分を調整するためのものである。本発明の実施の形態３にかかるジョイント部１６を用いれば、上述した変流器２次電流引き外し方式における問題を回避することできるとともに、図１に示す既存の保護継電器ケース１１の外部に、負担抵抗調整手段を設置する必要がなく、負担抵抗調整手段の設置に伴う作業時間を削減することが可能である。

実施の形態５．
図９は、本発明の実施の形態５にかかるジョイント部の内部構成を示す図である。図９のジョイント部１６には、図１に示す演算部１２に対する外部からのノイズを軽減するためのフィルタ６０が設置されている。図９のフィルタ６０は、一例として、ＬＣフィルタで構成されているが、これに限定されるものではない。近年のディジタル形継電器では、外部からのノイズ対策が不可欠であるが、本実施の形態のように、アナログ形継電器からディジタル形継電器に交換した際に、フィルタ６０を備えたジョイント部１６を用いることで、図１に示す既存の保護継電器ケース１１の外部にノイズ対策部品を設置するスペースが不要になると共に、ノイズ対策部品を設置するための配線作業を省くことが可能となる。

図１０は、断面コの字のジョイント部を示す図である。この図１０は、保護継電器本体３０を上側からみたときの、ジョイント部１６との接続状態を示すものである。図１０のジョイント部１６は、図１のジョイント部１６とは異なる形状である。新しい保護継電器の寸法が、奥行き方向（端子台１５の方向）だけでなく、幅方向も短い場合、図１０に示されるジョイント部１６を使用すれば、ジョイント部１６の内部に入力変換部１７等の要素をより多く設置できる。

以上のように、本発明は、電力系統から入力される電流および電圧を監視するディジタル形保護継電器に適用可能であり、特に、従来機種からの外形的な変更点をなくし既存配線を使用するようにしたので保護継電器の更新時間を短くすることができる発明として有用である。

１１ 保護継電器ケース（収納体）
１２ ＣＰＵ演算部
１３ 入力部
１４ 出力部
１５ 端子台
１６ ジョイント部
１７ 入力変換部
１８ 出力信号変換部
１９ 負担抵抗調整部
２０ 第１のコネクタ
２１ 第２のコネクタ
２２ 第３のコネクタ
３０ 保護継電器本体（集合体）
４０ 入力部コネクタ
４１ 出力部コネクタ
５０ 配線
６０ フィルタ

Claims (5)

1. 入力される電流および電圧を取り込む端子台と、
   前記端子台からの電流および電圧のアナログ信号をディジタル信号に変換する入力部と、
   ディジタル信号を用いて所定の演算処理を実行する演算部と、
   前記演算部の処理結果に基づいて開閉器を動作させる動作信号を前記端子台に出力する出力部と、
   前記入力部、前記演算部、および前記出力部で構成された集合体を収納する収納体と、
   前記収納体から取り外した既存の集合体と、前記既存の集合体を取り外した場所に収納される新たな集合体と、の寸法差に対応する大きさに形成され、前記端子台および新たな入力部と、前記端子台および新たな出力部と、を電気的に接続すべく前記端子台と前記新たな集合体との間に設置されたジョイント部と、
   を備えたことを特徴とする保護継電器。
2. 前記ジョイント部は、前記端子台からの電流および電圧を、新たに設置された入力部に取り込み可能な電流および電圧に変換する入力変換部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の保護継電器。
3. 前記ジョイント部は、新たに設置された出力部からの動作信号を、前記端子台に適合した信号に変換する出力信号変換部を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の保護継電器。
4. 前記ジョイント部は、既存の入力部の負担抵抗と、新たに設置された入力部の負担抵抗と、の差分を調整する負担抵抗調整部を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の保護継電器。
5. 前記ジョイント部は、前記端子台から前記新たな集合体へのノイズを除去するフィルタを備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の保護継電器。

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