JP2012147518A - 隔離型交流故障電流制限回路 - Google Patents

Abstract

【課題】隔離型交流故障電流制限回路の提供。
【解決手段】隔離型交流故障電流制限回路は電流調整回路１で、変圧器１１、導通回路１２を備え、変圧器１１は給電入力システム２と負荷出力システム３の間に直列に設置する一次側巻線ユニット１１１、一次側巻線ユニット１１１と共鉄芯で、しかも相互に電気的に隔離される巻線ユニットである二次側巻線ユニット１１２を備え、導通回路１２は二次側巻線ユニット１１２に連接し、開閉器１２１、電源切断部品１２２が直列接続して組成され、電源システムに短絡が発生し、導通回路１２の電源切断部品１２２は、一次側巻線ユニット１１１の短絡が大電流であることを感知すると、溶けて切れ、導通を停止し、変圧器１１は開路に換わり、高い抵抗の励起電気抵抗を提供し、給電入力システム２の等価内抵抗は増加し、故障電流制限の目的を達成し、電源システムの断路装置４はスムーズに短絡故障を隔離することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は隔離型交流故障電流制限回路に関し、特に交流電源システムとの電気隔離を有する短絡電流制限の回路に関する。

現在、工業に配備されるシステムは、非常に進歩している。しかし、機器、或いは配線の絶縁が不良、雷撃、或いはスイッチサージ、人為的不注意などが原因で、将来テクノロジーがどれほど進歩しても、短絡故障の発生を完全に回避することはできない。故障の発生時には、非常に大きな短絡電流が発生する。そのため、保護設備は、故障した機器或いは線路を迅速に隔離し、短絡電流が流通し続けることで、電力システムにおける、短絡電流が引き起こす設備損傷と停電区域を減らす必要がある。

これまでは、線路遮断装置(ブレーカー或いはヒューズなど)を用い、短絡電流を隔離していたが、もし短絡電流が過大なら、線路遮断装置のアーク抑制能力は十分でなく、アーク隔離短絡電流を完全に遮断することはできず、線路遮断装置は、負荷を超えた電流を受け、過熱爆発してしまい、電力使用の本質的な安全性に厳重な危険を及ぼす。よって、設計において、各バス回路に発生する短絡故障の電流の大きさを先に計算し、アーク抑制能力が十分な線路遮断装置を選択して用いる。

しかし、上流の給電回路、及び発電機ユニットの増加と負荷用電力回路の拡充に従い、既存の給電回路短絡の故障電流が徐々に増加し、線路遮断装置と給電設備本体の操作の安全に関係するようになっている。線路遮断装置全体を新しいものに交換するという方式は、実務上実施が困難で、しかも投資コストが高くついてしまう。また、新しい給電設備規格設計に対して、大容量の線路遮断装置を広く採用するなら、投資コストが高くなり過ぎるという欠点がある。一般に伝統的な改善方式は、電源システム中に、故障電流を制限するインダクターを直列接続するものである。しかし、該インダクターは、正常な給電過程において、電圧の安定性に問題を引き起こす。本発明は、従来の故障電流制限回路の上記した欠点に鑑みてなされたものである。

本発明が解決しようとする課題は、従来の電源システム中ではインダクターだけを使用して故障電流を制限するが、これにより正常作動中に電圧の不安定を引き起こし、及び電気を隔離することができないという欠点を克服することができる隔離型交流故障電流制限回路を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明は下記の隔離型交流故障電流制限回路を提供する。
隔離型交流故障電流制限回路は、電流調整回路であり、
該電流調整回路は、変圧器、メンテナンスバイパス、少なくとも１個の導通回路を備え、該変圧器は、一次側巻線ユニット、二次側巻線ユニットを備え、
該一次側巻線ユニットは、給電入力システムと負荷出力システムの間に、直列に設置し、該二次側巻線ユニットは、該一次側巻線ユニットと共鉄芯で、しかも相互に電気的に隔離され、
該メンテナンスバイパスは、２個の導通開閉器、バイパス開閉器を備え、
該２個の導通開閉器は、該一次側巻線ユニットと該給電入力システムの連接端、及び該一次側巻線ユニットと該負荷出力システムの連接端に、それぞれ設置し、該変圧器の給電作動を制御でき、
該バイパス開閉器の一端は、該導通開閉器の前の給電入力システムに連接し、反対端は、該導通開閉器の後の負荷出力システムに連接し、
メンテナンス時には、該給電入力システムは、該負荷出力システムに直接給電するバイパス効果を提供することができ、
該導通回路は、該二次側巻線ユニットに連接し、開閉器、電源切断部品が直列接続して組成され、
作動時には、該導通回路の開閉器は、導通状態で、これにより該変圧器は短絡運転モードに換わり、こうして該給電入力システムは、低電気抵抗の変圧器より、該負荷出力システムへと給電し、
該負荷出力システムに短絡が発生すると、電源システムは短絡電流を発生し、該導通回路の電源切断部品は、該一次側巻線ユニットの短絡が大電流であることを感知すると、溶けて切れ、導通を停止し、
こうして、該変圧器は、開路に換わり、高い抵抗の励起電気抵抗を提供することができ、該給電入力システムの等価内抵抗は増加し、故障電流制限の目的を達成することができ、これにより該断路装置は、短絡故障をスムーズに隔離することができ、
該二次側巻線ユニットはさらに、数個の導通回路に連接し、短絡故障の排除後、再びその導通回路の開閉器を導通し、こうして該給電入力システムの等価内抵抗は、正常を回復し、給電の品質に影響を及ぼすことはなく、
損壊した電源切断部品を交換する時には、先ず、そのバイパス開閉器を導通させ、これにより該給電入力システムは、該負荷出力システムに直接給電し、２個の導通開閉器の導通状態を停止し電源切断を行い、
該電源切断部品の交換が完了すると、２個の導通開閉器を導通させ、さらに該バイパス開閉器の導通を停止し、
これにより、部品交換の過程において、該変圧器の短絡状態は、該負荷出力システムの電力使用に影響を及ぼすことはなく、
該電流調整回路はさらに、別の構造を備え、該導通回路は、数個の導通部品が直接接続して組成され、数個の該導通部品はみな導通状態で、
該電流調整回路が、大電流を感知すると、該数個の導通部品の導通状態を停止し、それが不導通を形成しさえすれば、導通回路を停止でき、
さらに、該二次側巻線ユニットにおいて、数個の導通回路を連接し、短絡故障の排除後、再度、数個の予備の導通部品を導通させ、これにより導通回路の単一の導通部品が失効し導通できないという状況を回避することができ、
本発明は、従来の電源システム中ではインダクターだけを直列接続し、故障電流を低下させるが、これにより電圧不安定の問題を引き起こす欠点を改善し、
該変圧器の一次側巻線ユニットと二次側巻線ユニットが短絡運転モードであることを利用し、給電入力システムは、通常低抵抗の変圧器を経て、負荷出力システムの電圧出力を供給し、その給電の安定性に影響を及ぼすことがないが、短絡故障が生む大電流が発生すると、導通回路を速やかに停止し、これにより変圧器は開路に換わり、高い抵抗の励磁電気抵抗を提供し、これにより給電入力システムの等価内抵抗は増加し、故障電流制限の目的を達成し、
隔離型交流故障電流制限回路は、短絡故障時に、導通回路の停止を利用し、電流調整回路の変圧器が生じる高い抵抗の励磁電気抵抗は、給電入力システムの等価内抵抗を増加させ、
また、該変圧器の一次側巻線ユニットと二次側巻線ユニットは、電気的に隔離され、開閉サージなどの給電ノイズを隔離することができ、該一次側巻線ユニットの開閉サージが該導通回路部品の正常運転に影響を及ぼさないようにすることができ、
該変圧器の設計は、二次側巻線ユニットを、一次側巻線ユニットより多い巻数比として設計できるため、該二次側巻線ユニットの電流は、該一次側巻線ユニットより低く、よって遮断容量が比較的小さい電源切断部品、或いは導通部品を選択することができるため、コストを節減することができ、
本発明は、変圧器の二次側巻線ユニットの導通回路を利用し、一次側巻線ユニットの短絡大電流を感知すると、導通を停止し、これにより変圧器は、開路となり、高い抵抗の励磁電気抵抗を提供し、故障電流を制限する目的を達成し、これにより電源システムの断路装置は、短絡故障をスムーズに隔離することができる。

本発明の隔離型交流故障電流制限回路は、以下の長所を備える。
1.変圧器の一次側巻線ユニットと二次側巻線ユニットは、電気的に隔離され、給電ノイズを隔離でき、しかも一次側巻線ユニットの開閉サージが、導通回路部品の正常な運転に影響を及ぼすことを回避することができる。
2.電流調整回路が発生する励起電気抵抗により、給電入力システムの等価内抵抗を増加させ、短絡電流を効果的に制限でき、これにより断路装置は、短絡事故を確実に隔離することができる。
3.二次側巻線ユニットを、一次側巻線ユニットより多い巻数比として設計できるため、二次側巻線ユニットの電流は、一次側巻線ユニットより低く、よって遮断容量が比較的小さい電源切断部品を選択することができる。

本発明隔離型交流故障電流制限回路の単相等価回路図である。 本発明の数個の導通回路を直列接続する回路図である。 本発明の別種の実施例の回路図である。 本発明別種の実施例の数個の導通回路を直列接続する回路図である。 本発明の別種の簡易実施例の回路図である。 本発明において、電源切断部品を交換した模式図である。 本発明別種の実施例において、導通部品を交換した模式図である。

以下に図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

図１に示すように、本発明隔離型交流故障電流制限回路は、電流調整回路１である。電流調整回路１は、変圧器１１、メンテナンスバイパス１３、導通回路１２を備える。

変圧器１１は、一次側巻線ユニット１１１、二次側巻線ユニット１１２を備える。一次側巻線ユニット１１１は、給電入力システム２と負荷出力システム３の間に、直列に設置する。二次側巻線ユニット１１２は、一次側巻線ユニット１１１と共鉄芯で、しかも相互に電気的に隔離される巻線ユニットである。

メンテナンスバイパス１３は、２個の導通開閉器１３１、バイパス開閉器１３２を備える。導通開閉器１３１は、一次側巻線ユニット１１１と給電入力システム２の連接端、及び一次側巻線ユニット１１１と負荷出力システム３の連接端に、それぞれ設置し、変圧器の給電作動を制御する。バイパス開閉器１３２の一端は、導通開閉器１３１の前の給電入力システム２に連接し、反対端は、導通開閉器１３１の後の負荷出力システム３に連接し、メンテナンス時には、給電入力システム２は、負荷出力システム３に直接給電するバイパス効果を提供することができる。

導通回路１２は、二次側巻線ユニット１１２に連接する。導通回路１２は、開閉器１２１、電源切断部品１２２が直列接続して組成される。電源切断部品１２２は、ヒューズである。

本発明の正常な作動時には、導通回路１２の開閉器１２１は、導通状態で、これにより変圧器１１は短絡運転モードに換わる。こうして、給電入力システム２は、低電気抵抗の変圧器１１より、負荷出力システム３へと給電し、電流調整回路１片側の断路装置４に連接し、正常に導通して給電し、給電の安定性に影響を及ぼすことはない。負荷出力システム３に短絡が発生すると、電源システムは短絡電流を発生する。導通回路１２の電源切断部品１２２は、一次側巻線ユニット１１１の短絡が大電流であることを感知すると、溶けて切れ、導通を停止する。こうして、変圧器１１は、開路に換わり、高い抵抗の励起電気抵抗を提供することができ、給電入力システム２の等価内抵抗は増加し、故障電流制限の目的を達成することができる。これにより、断路装置４は、短絡故障をスムーズに隔離し、及び負荷出力システム３内の断路装置３１は、故障した負荷３２を隔離し、短絡事故の影響区域が拡大し、長時間の停電となることを回避し、負荷出力システム３の電力使用の安全性を高めることができる。本発明の電流調整回路１の変圧器１１の一次側巻線ユニット１１１と二次側巻線ユニット１１２は、電気的に隔離され、開閉サージなどの給電のノイズを隔離することができる。これにより、一次側巻線ユニット１１１の開閉サージが、導通回路１２部品の正常な作動に影響することを回避することができる。図２に示すように、本実施例の二次側巻線ユニット１１２は、数個の導通回路１２に連接し、電源システム短絡故障の排除後、再びその導通回路１２の開閉器１２１を導通し、こうして給電入力システム２の等価内抵抗は、正常を回復し、給電の品質に影響を及ぼすことはない。

図３に示すように、本発明の別種の実施例では、電流調整回路１の導通回路１２は、導通部品１２３である。導通部品１２３は、半導体スイッチである。

本発明の別種の実施例の作動時、電流調整回路１が段電流の存在を探知すると、導通部品１２３を制御し、導通状態を止める。これにより、二次側巻線ユニット１１２は開路に換わり、変圧器１１は、高い抵抗の励起電気抵抗を提供することができる。こうして、給電入力システム２の等価内抵抗は増加し、故障電流制限の目的を達成し、断路装置４はスムーズに短絡故障を隔離し、負荷出力システム３内の断路装置３１は、故障した負荷３２を隔離する。短絡事後が排除されると、導電部品１２３を再び投入し、本電源システムの給電を回復することができる。上記した作動は、故障電流を効果的に制限可能で、これにより断路装置４及び断路装置３１は、短絡故障を隔離する機能を効果的に発揮することができ、こうして電源システム全体の給電の安全を保護する。図４に示すように、上記した別種の実施例の導通回路１２は、１個以上の導通部品１２３を直列接続でき、導通を停止する過程において、それが不導通を形成しさえすれば、導通状態を停止することができる。さらに、二次側巻線ユニット１１２において、数個の導通回路１２を連接し、短絡故障の排除後、数個の導通回路１２を投入し、これにより導通回路１２の単一の導通部品１２３が失効し導通できないという状況を回避することができる。

図５に示すように、本発明別種の簡易実施例では、電流調整回路１の二次側巻線ユニット１１２は、少なくとも１個の導通回路１２に連接する。導通回路１２は、電源切断部品１２２により、導通効果を提供される。電源切断部品１２２は、ヒューズである。

図６、７に示すように、本発明は、損壊した電源切断部品１２２、或いは導通部品１２３を交換する時、先ず、そのバイパス開閉器１３２を導通させ、これにより給電入力システム２は、負荷出力システム３に直接給電し、２個の導通開閉器１３１の導通状態を停止し、電源切断部品１２２、或いは導通部品１２３の交換を行う。電源切断部品１２２、或いは導通部品１２３の交換が完了すると、２個の導通開閉器１３１を導通させ、さらにバイパス開閉器１３２の導通を停止する。これにより、部品交換の過程において、変圧器１１の短絡状態は、負荷出力システム３の電力使用に影響を及ぼすことはない。

上記した変圧器１１の設計はさらに、二次側巻線ユニット１１２を、一次側巻線ユニット１１１より多い巻数比として応用することができる。例えば、二次側巻線ユニット１１２と一次側巻線ユニット１１１の電圧比は、２：１などで、一次側巻線ユニット１１１短絡電流が、１００kAである時、二次側巻線ユニット１１２の短絡電流は、５０kAで、遮断容量が５０kAの電源切断部品１２２、或いは導通部品１２３を選択することができ、コストを節約することができる。

上記の本発明名称と内容は、本発明技術内容の説明に用いたのみで、本発明を限定するものではない。本発明の精神に基づく等価応用或いは部品（構造）の転換、置換、数量の増減はすべて、本発明の保護範囲に含むものとする。

本発明は特許の要件である新規性を備え、従来の同類製品に比べ十分な進歩を有し、実用性が高く、社会のニーズに合致しており、産業上の利用価値は非常に大きい。

１ 電流調整回路
１１ 変圧器
１１１ 一次側巻線ユニット
１１２ 二次側巻線ユニット
１２ 導通回路
１２１ 開閉器
１２２ 電源切断部品
１２３ 導通部品
１３ メンテナンスバイパス
１３１ 導通開閉器
１３２ バイパス開閉器
２ 給電入力システム
３ 負荷出力システム
３１ 断路装置
４ 断路装置

Claims (10)

1. 電流調整回路であり、
   前記電流調整回路は、変圧器、少なくとも１個の導通回路を備え、
   前記変圧器は、一次側巻線ユニット、二次側巻線ユニットを備え、前記一次側巻線ユニットは、給電入力システムと負荷出力システムの間に、直列に設置し、前記二次側巻線ユニットは、前記一次側巻線ユニットと共鉄芯で、しかも相互に電気的に隔離され、
   前記導通回路は、前記二次側巻線ユニットに連接し、開閉器、電源切断部品が直列接続して組成されることを特徴とする隔離型交流故障電流制限回路。
2. 前記電流調整回路はさらに、メンテナンスバイパスを備え、
   前記メンテナンスバイパスは、２個の導通開閉器、バイパス開閉器を備え、
   前記２個の導通開閉器は、前記一次側巻線ユニットと前記給電入力システムの連接端、及び前記一次側巻線ユニットと前記負荷出力システムの連接端に、それぞれ設置し、
   前記バイパス開閉器の一端は、前記導通開閉器の前の給電入力システムに連接し、反対端は、前記導通開閉器の後の負荷出力システムに連接することを特徴とする請求項１に記載の隔離型交流故障電流制限回路。
3. 前記電源切断部品は、ヒューズであることを特徴とする請求項１に記載の隔離型交流故障電流制限回路。
4. 電流調整回路であり、
   前記電流調整回路は、変圧器、少なくとも１個の導通回路を備え、
   前記変圧器は、一次側巻線ユニット、二次側巻線ユニットを備え、前記一次側巻線ユニットは、給電入力システムと負荷出力システムの間に、直列に設置し、前記二次側巻線ユニットは、前記一次側巻線ユニットと共鉄芯で、しかも相互に電気的に隔離され、
   前記導通回路は、前記二次側巻線ユニットに連接し、前記導通回路は、少なくとも１個の導通部品であることを特徴とする隔離型交流故障電流制限回路。
5. 前記電流調整回路はさらに、メンテナンスバイパスを備え、
   前記メンテナンスバイパスは、２個の導通開閉器、バイパス開閉器を備え、
   前記２個の導通開閉器は、前記一次側巻線ユニットと前記給電入力システムの連接端、及び前記一次側巻線ユニットと前記負荷出力システムの連接端に、それぞれ設置し、
   前記バイパス開閉器の一端は、前記導通開閉器の前の給電入力システムに連接し、反対端は、前記導通開閉器の後の負荷出力システムに連接することを特徴とする請求項４に記載の隔離型交流故障電流制限回路。
6. 前記導通部品は、半導体スイッチであることを特徴とする請求項４に記載の隔離型交流故障電流制限回路。
7. 前記導通回路は、少なくとも１個の導通部品が直列接続して組成されることを特徴とする請求項４に記載の隔離型交流故障電流制限回路。
8. 電流調整回路であり、
   前記電流調整回路は、変圧器、少なくとも１個の導通回路を備え、
   前記変圧器は、一次側巻線ユニット、二次側巻線ユニットを備え、前記一次側巻線ユニットは、給電入力システムと負荷出力システムの間に、直列に設置し、前記二次側巻線ユニットは、前記一次側巻線ユニットと共鉄芯で、しかも相互に電気的に隔離され、
   前記導通回路は、前記二次側巻線ユニットに連接し、前記導通回路は、電源切断部品により組成されることを特徴とする隔離型交流故障電流制限回路。
9. 前記電流調整回路はさらに、メンテナンスバイパスを備え、
   前記メンテナンスバイパスは、２個の導通開閉器、バイパス開閉器を備え、
   前記２個の導通開閉器は、前記一次側巻線ユニットと前記給電入力システムの連接端、及び前記一次側巻線ユニットと前記負荷出力システムの連接端に、それぞれ設置し、
   前記バイパス開閉器の一端は、前記導通開閉器の前の給電入力システムに連接し、反対端は、前記導通開閉器の後の負荷出力システムに連接することを特徴とする請求項８に記載の隔離型交流故障電流制限回路。
10. 前記電源切断部品は、ヒューズであることを特徴とする請求項８に記載の隔離型交流故障電流制限回路。

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