JP2015192514A - 電圧平衡継電器 - Google Patents

Abstract

【課題】検出機能を向上させることができる電圧平衡継電器を得る。
【解決手段】電圧平衡継電器本体１２０は、図示しない発電機に接続されたＡ系及びＢ系の計器用変圧器から入力されるＡ系及びＢ系の電圧ＶＡ，ＶＢの不平衡を検出するが、第一及び第二計器用変圧器に設けられた同相のヒューズが同時に断線したときは検出不能なので、ヒューズ断線検出装置１１０を設けて検出機能を補完し向上させる。ヒューズ断線検出装置１１０において、第一及び第二電圧比較器５，６は電圧ＶＡ，ＶＢが設定値ＶＳよりも低くなったとき信号Ｓ１，Ｓ２を発し、第一及び第二論理和回路７，８は図示しない発電機の励磁信号ＳＣの存在を条件に論理値１を出力し、論理値１の状態が所定時間継続すると第一及び第二閉路遅延タイマ９，１０が信号ＳＸ１，ＳＸ２を発し、第一及び第二継電器４１，４２を励磁し、外部に信号ＳＡ，ＳＢを出してヒューズ断線を報知する。
【選択図】図１

Description

この発明は、二つの電圧系統の電圧平衡を検出する電圧平衡継電器の改良に関する。

従来の電圧平衡継電器を発電機に適用したものとして、発電機の端子電圧を二つの系統の電圧に変換するための第一及び第二計器用変圧器が設けられ、第一及び第二計器用変圧器で検出された電圧は、目的別に分けて使用される。例えば、一方の系統の電圧は発電機の自動電圧調整器へ導入され、他方の系統の電圧は計器及び保護継電器に導入される。そして、計器用変圧器の一次側及び二次側に過電流保護用のヒューズが設けられている。第一及び第二計器用変圧器で検出される電圧は当該計器用変圧器の不良やヒューズの断線により変化するため、保護継電器や自動電圧調整器等が誤動作する場合がある。電圧平衡継電器は、これら機器の誤動作を防止するために使用され、電圧平衡継電器に導入された二つの系統の電圧を比較し、その差電圧が所定値以上となった時に信号を出力する（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−２６１８４９号公報（段落番号００３５〜００３７及び図１）

従来の電圧平衡継電器は以上のように構成され、一方の系統のヒューズ断線の直後に他方の系統の同相のヒューズが断線した場合、第一及び第二計器用変圧器で検出された電圧の差は発生せず０Ｖで平衡するため、二つの系統の同相のヒューズ断線を検出できず、本来の差電圧検出機能を充分に果たせないという問題点があった。また、両系の同相のヒューズが同時に断線した場合、同様にヒューズ断線を検出できないという問題点があった。

この発明は前記のような問題点を解決するためになされたものであり、二つの系統の電圧を得るための第一及び第二計器用変圧器に設けられたヒューズの断線を確実に検出でき、検出機能の向上が可能な電圧平衡継電器を得ることを目的とする。

この発明に係る電圧平衡継電器においては、
ヒューズ断線検出装置と電圧平衡継電器本体とを有する電圧平衡継電器であって、
前記ヒューズ断線検出装置は、三相交流電力線の電圧を変圧して検出電圧として出力する第一計器用変圧器及び第二計器用変圧器の各相に設けられたヒューズの断線を検出するものであって、前記第一計器用変圧器の一つの相に設けられたヒューズと前記第一計器用変圧器の一つの相に対応する前記第二計器用変圧器の相に設けられたヒューズが同時に断線したとき断線信号を発するものであり、
前記電圧平衡継電器本体は、前記第一計器用変圧器及び第二計器用変圧器から出力される前記検出電圧を比較して差電圧を検出するものである。

この発明に係る電圧平衡継電器は、以上のように構成されているので、第一計器用変圧器及び第二計器用変圧器に設けられた同相のヒューズが同時に断線した場合でもその断線を検出でき、検出機能の向上を図ることができる。

この発明の実施の形態１である電圧平衡継電器の構成を示す構成図である。 図１の電圧平衡継電器の接続例を示す単線結線図である。 実施の形態２である電圧平衡継電器の構成を示す構成図である。 実施の形態３である電圧平衡継電器の要部である継電動作部の構成を示す構成図である。 実施の形態３である電圧平衡継電器の接続例を示す単線結線図である。 実施の形態３である電圧平衡継電器の構成を示す三線結線図である。

実施の形態１．
図１、図２は、この発明を実施するための実施の形態１を示すものであり、図１は電圧平衡継電器の構成を示す構成図、図２は電圧平衡継電器の接続例を示す単線結線図である。なお、図１は一相分の構成を示すものであり、他の二相分は図示を省略している。まず、図２において、発電機１０１は界磁巻線１０１ａを有し、界磁巻線１０１ａに界磁遮断器１０２を介して励磁電源１０３から供給される直流電力により励磁される。発電機１０１の図示しない電機子巻線に三相交流電力線としての発電機母線１０４が接続されている。発電機母線１０４には、Ａ系の計測や制御用の電圧ＶＡを得るための計器用変圧器１０６が、一次側ヒューズ１０５を介して接続され、計器用変圧器１０６の出力がＡ系の電圧ＶＡとして二次側ヒューズ１０７を介して出力される。同様に、Ｂ系の計測や制御用の電圧ＶＢを得るための計器用変圧器１０６が、一次側ヒューズ１０５を介して接続され、Ｂ系の計器用変圧器１０６の出力がＢ系の電圧ＶＢとして二次側ヒューズ１０７を介して出力される。また、界磁遮断器１０２が閉路されているとき界磁遮断器１０２の図示しない補助接点から閉路信号ＳＣが出力される。

図１に戻って、電圧平衡継電器１００は、ヒューズ断線検出装置１１０と電圧平衡継電器本体１２０を有する。ヒューズ断線検出装置１１０は、以下のように構成されている。Ａ系の計器用変圧器１０６（図２）からのＡ系の電圧ＶＡが、Ｂ系の計器用変圧器１０６（図２）からのＢ系の電圧ＶＢが、電圧平衡継電器本体１２０に入力され、電圧平衡継電器本体１２０は従来の電圧平衡継電器と同様に差電圧を検出する。ヒューズ断線検出装置１１０は、基準電圧設定部としての電圧設定器４、第一電圧比較部としての第一電圧比較器５、第二電圧比較部としての第二電圧比較器６、第一論理積回路７、第二論理積回路８、第一閉路遅延タイマ９、第二閉路遅延タイマ１０、第一継電器４１、第二継電器４２を有する。電圧設定器４は予め決められた基準電圧ＶＳを設定する。なお、基準電圧ＶＳは、第一電圧比較器５用の基準電圧ＶＳと第二電圧比較器６用の基準電圧ＶＳとを異なる値に設定してもよい。なお、第一論理積回路７、第二論理積回路８、第一閉路遅延タイマ９、第二閉路遅延タイマ１０、第一継電器４１、第二継電器４２がこの発明における断線判定部である。

次に動作について説明する。界磁遮断器１０２（図２）が投入され、発電機１０１の電圧が出力される。このとき、第一電圧比較器５はＡ系の一次側ヒューズ１０５からの電圧ＶＡと電圧設定器４に設定された基準電圧ＶＳとを比較する。電圧ＶＡが基準電圧ＶＳよりも低いとき、第一電圧比較器５から第一信号としての信号Ｓ１が第一論理積回路７へ発信される。第一論理積回路７は、界磁遮断器１０２が閉路されていること示す閉路信号ＳＣ及び前記信号Ｓ１の両者が出力されているとき論理値１を第一閉路遅延タイマ９へ出力する。第一閉路遅延タイマ９は、論理値１の出力状態が一定時間継続すると信号ＳＸ１を発し、第一継電器４１を励磁する。第一継電器４１は、励磁されるとＡ系のヒューズ断線を示す断線信号としての信号ＳＡを外部へ出力し、報知する。

第二電圧比較器６はＢ系の一次側ヒューズ１０５からの電圧ＶＢと電圧設定器４に設定された基準電圧ＶＳとを比較する。電圧ＶＢが基準電圧ＶＳよりも低いとき、第二電圧比較器６から第二信号としての信号Ｓ２が第二論理積回路８へ発信される。第二論理積回路８は、界磁遮断器１０２が閉路されていること示す閉路信号ＳＣ及び前記信号Ｓ２の両者が出力されているとき論理値１を第二閉路遅延タイマ１０へ出力する。第二閉路遅延タイマ１０は、論理値１の出力状態が一定時間継続すると信号ＳＸ２を発し、第二継電器４２を励磁する。第二継電器４２は、励磁されるとＢ系のヒューズ断線の断線信号としての信号ＳＢを外部へ出力し、報知する。これによりＡ系及びＢ系の計器用変圧器１０６の一次側あるいは二次側に挿入された一次側ヒューズ１０５、二次側ヒューズ１０７が相次いで、あるいは同時に断線した場合でもその断線を確実に検出できる。このため一次側ヒューズ１０５、二次側ヒューズ１０７が断線して正常な電圧が得られない状態を検出することが可能であり、電圧平衡継電器本体１２０の弱点を補完して電圧平衡継電器１００の差電圧の検出機能を向上させることができる。

実施の形態２．
図３は実施の形態２である電圧平衡継電器の構成を示す構成図である。なお、図３は一相分の構成を示すものであり、他の二相分は図示を省略している。図３において、電圧平衡継電器２００は、電圧平衡継電器本体１２０とヒューズ断線検出装置２１０を有する。上記実施の形態１では、基準電圧ＶＳに対してＡ系の電圧ＶＡ及びＢ系の電圧ＶＢを比較する場合について述べたが、この実施の形態においては、図３に示すように、ヒューズ断線検出装置２１０に第三電圧比較部としての第三電圧比較器２５、第四電圧比較部としての第四電圧比較器２６、第一論理和回路２７、第二論理和回路２８を設けたものである。なお、第一論理積回路７、第二論理積回路８、第一閉路遅延タイマ９、第二閉路遅延タイマ１０、第一論理和回路２７、第二論理和回路２８、第一継電器４１、第二継電器４２がこの発明における断線判定部である。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。

次に、動作について説明する。第三電圧比較器２５は、電圧ＶＢを基準にして電圧ＶＡを比較してその差（ＶＢ−ＶＡ）が第一設定値としての所定値δ１よりも大きいとき第三信号としての信号Ｓ２１を第一論理和回路２７へ発する。第一論理和回路２７は、第一電圧比較器５からの信号Ｓ１と第三電圧比較器２５からの信号Ｓ２１との論理和を求め、少なくとも一方の信号が存在するとき論理値１を第一論理積回路７へ出力する。第一論理積回路７は、第一論理和回路２７からの論理値と界磁遮断器１０２の閉路信号ＳＣとの論理積を求め、両者が存在するとき論理値１を第一閉路遅延タイマ９へ出力する。第一閉路遅延タイマ９は、第一論理積回路７からの論理値が１である状態が所定時間継続すると信号ＳＸ１を第一継電器４１へ発し、第一継電器４１を励磁する。第一継電器４１は、励磁されるとＡ系のヒューズ断線を示す信号ＳＡを外部へ出力し、報知する。

第四電圧比較器２６は、電圧ＶＡを基準にして電圧ＶＢを比較してその差（ＶＡ−ＶＢ）が第二設定値としての所定値δ２よりも大きいとき第四信号としての信号Ｓ２２を第二論理和回路２８へ発する。第二論理和回路２８は、第二電圧比較器６からの信号Ｓ２と第四電圧比較器２６からの信号Ｓ２２との論理和を求め、少なくとも一方の信号が存在するとき論理値１を第二論理積回路８へ出力する。第二論理積回路８は、第二論理和回路２８からの論理値と界磁遮断器１０２の閉路信号ＳＣとの論理積を求め、両者が存在するとき論理値１を第二閉路遅延タイマ１０へ出力する。第二閉路遅延タイマ１０は、第二論理積回路８から出力論理値が１である状態が所定時間継続すると信号ＳＸ２を第二継電器４２へ発し、第二継電器４２を励磁する。第二継電器４２は、励磁されるとＢ系のヒューズ断線の信号ＳＢを外部へ出力し、報知する。これにより、Ａ系及びＢ系のヒューズ断線を第一継電器４１、第二継電器４２により外部へ信号ＳＡ，ＳＢを発して報知することができる。

実施の形態３．
図４〜図６は、実施の形態３を示すものであり、図４は電圧平衡継電器の要部である継電動作部の構成を示す構成図、図５は電圧平衡継電器の接続例を示す単線結線図、図６は電圧平衡継電器の構成を示す三線結線図である。なお、図４は一相分の構成を示すものであり、他の二相分は図示を省略している。図６において、電圧平衡継電器３００は、継電動作部３２０とヒューズ電流検出部としての電流検出部３４０を有する。継電動作部３２０は図４に示すように電圧平衡継電器本体１２０とヒューズ断線検出装置３１０を有する。上記実施の形態１では、基準電圧ＶＳに対してＡ系の電圧ＶＡ及びＢ系の電圧ＶＢを比較する場合について述べたが、図５、図６に示すように、Ａ系及びＢ系の計器用変圧器１０６の二次側に抵抗を接続して微小電流を流し、これを検出することで、ヒューズ断線を検出する。

まず、図６によって電流検出部３４０の構成を説明する。図６において、Ａ系及びＢ系の計器用変圧器１０６の二次巻線側に設けられた二次側ヒューズ１０７の負荷側にインピーダンス要素としての抵抗３０１がΔ結線で接続され、各抵抗３０１を流れる電流を検出する変流器３０２が三相分設けられている。なお、一次側ヒューズ１０５、二次側ヒューズ１０７の断線を検出するために流す電流は非常に小さい電流で足りるので、抵抗３０１は抵抗値の大きなものが使用されている。電流検出部３４０で検出されたＡ系及びＢ系の各相電流ＪＡＡ，ＪＡＢ，ＪＡＣ，ＪＢＡ，ＪＢＢ，ＪＢＣは、各相電圧ＶＡＡ，ＶＡＢ，ＶＡＣ，ＶＢＡ，ＶＢＢ，ＶＢＣとともに、詳細を後述する継電動作部３２０へ出力される。

次に、ヒューズ断線検出装置３１０の構成を図４により説明する。なお、図４は一相分の構成を示しているので、前記電流検出部３４０からの各相電流ＪＡＡ，ＪＡＢ，ＪＡＣを区別しないでＪＡで表し、各相電流ＪＢＡ，ＪＢＢ，ＪＢＣを電流ＪＢで表して説明する。電圧についても同様に各相電圧ＶＡＡ，ＶＡＢ，ＶＡＣ，ＶＢＡ，ＶＢＢ，ＶＢＣを、Ａ系の電圧ＶＡ、Ｂ系の電圧ＶＢにて表すことにする。図４において、ヒューズ断線検出装置３１０は、基準電流設定部としての電流設定器３４、第一電流比較部としての第一電流比較器３５、第二電流比較部としての第二電流比較器３６を有する。電流設定器３４は、基準電流ＪＳを設定する。なお、基準電流ＪＳは、第一電流比較器３５用の基準電流ＪＳと第二電流比較器３６用の基準電流ＪＳとを異なる値に設定してもよい。なお、第一論理積回路７、第二論理積回路８、第一閉路遅延タイマ９、第二閉路遅延タイマ１０、第一論理和回路２７、第二論理和回路２８、第一電流比較器３５、第二電流比較器３６、第一継電器４１、第二継電器４２がこの発明における断線判定部である。その他の構成については、図３に示した実施の形態２と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。

次に、動作について説明する。第一電流比較器３５は、Ａ系の計器用変圧器１０６の電流ＪＡと基準電流ＪＳとを比較し、ＪＡ＜ＪＳであると第一電流信号としての信号Ｓ３１を第一論理和回路２７へ出力する。第一論理和回路２７は、第一電流比較器３５からの信号Ｓ３１と第三電圧比較器２５からの信号Ｓ２１との論理和を求め、少なくとも両信号の一方が存在するとき論理値１を第一論理積回路７へ出力する。第一論理積回路７は、第一論理和回路２７の論理値と界磁遮断器１０２の閉路信号ＳＣとの論理積を求め、両信号が存在するとき論理値１を第一閉路遅延タイマ９へ出力する。第一閉路遅延タイマ９は、第一論理積回路７から出力される論理値が１である状態が所定時間継続すると信号ＳＸ１を第一継電器４１へ発し、第一継電器４１を励磁する。第一継電器４１は、励磁されるとＡ系のヒューズ断線を示す信号ＳＡを外部へ出力し、報知する。

第二電流比較器３６は、Ｂ系の計器用変圧器１０６の電流ＪＢと基準電流ＪＳとを比較し、ＪＢ＜ＪＳであると第二電流信号としての信号Ｓ３２を第二論理和回路２８へ出力する。第二論理和回路２８は、第二電流比較器３６からの信号Ｓ３２と第四電圧比較器２６からの信号Ｓ２２との論理和を求め、少なくとも両信号の一方が存在するとき論理値１を第二論理積回路８へ出力する。第二論理積回路８は、第二論理和回路２８の論理値と界磁遮断器１０２の閉路信号ＳＣとの論理積を求め、両信号が存在するとき論理値１を第二閉路遅延タイマ１０へ出力する。第二閉路遅延タイマ１０は、第二論理積回路８から出力される論理値が１である状態が所定時間継続すると信号ＳＸ２を第二継電器４２へ発し、第二継電器４２を励磁する。第二継電器４２は、励磁されるとＢ系のヒューズ断線を示す信号ＳＢを外部へ出力し、報知する。
このように二次側ヒューズ１０７を介して第一計器用変圧器及び第二計器用変圧器から電流を流すようにして流れる電流の大きさを監視することにより、Ａ系及びＢ系の同相でのヒューズ断線を検出できる。

なお、前記実施の形態３における第三電圧比較器２５、第四電圧比較器２６、第一論理和回路２７、第二論理和回路２８を省略することもできる。

また、本発明は、その発明の範囲内において、上述した各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変更、省略したりすることが可能である。

４ 電圧設定器、５ 第一電圧比較器、６ 第二電圧比較器、７ 第一論理積回路、
８ 第二論理積回路、９ 第一閉路遅延タイマ、１０ 第二閉路遅延タイマ、
２５ 第三電圧比較器、２６ 第四電圧比較器、２７ 第一論理和回路、
２８ 第二論理和回路、３４ 電流設定器、３５ 第一電流比較器、
３６ 第二電流比較器、４１ 第一継電器、４２ 第二継電器、
１００ 電圧平衡継電器、１０１ 発電機、１０２ 界磁遮断器、１０４ 発電機母線、１０５ 一次側ヒューズ、１０６ 計器用変圧器、１０７ 二次側ヒューズ、
１１０ ヒューズ断線検出装置、１２０ 電圧平衡継電器本体、
２００ 電圧平衡継電器、２１０ ヒューズ断線検出装置、３００ 電圧平衡継電器、
３０１ 抵抗、３０２ 変流器、３１０ ヒューズ断線検出装置、３２０ 継電動作部、３４０ 電流検出部。

Claims (6)

1. ヒューズ断線検出装置と電圧平衡継電器本体とを有する電圧平衡継電器であって、
   前記ヒューズ断線検出装置は、三相交流電力線の電圧を変圧して検出電圧として出力する第一計器用変圧器及び第二計器用変圧器の各相に設けられたヒューズの断線を検出するものであって、前記第一計器用変圧器の一つの相に設けられたヒューズと前記第一計器用変圧器の一つの相に対応する前記第二計器用変圧器の相に設けられたヒューズが同時に断線したとき断線信号を発するものであり、
   前記電圧平衡継電器本体は、前記第一計器用変圧器及び第二計器用変圧器から出力される前記検出電圧を比較して差電圧を検出するものである
   電圧平衡継電器。
2. 前記ヒューズ断線検出装置は、基準電圧設定部と第一電圧比較部と第二電圧比較部と断線判定部とを有するものであって、
   前記基準電圧設定部は、基準電圧を設定するものであり、
   前記第一電圧比較部は、前記第一計器用変圧器から出力される前記検出電圧が前記基準電圧よりも低いとき第一信号を発するものであり、
   前記第二電圧比較部は、前記第二計器用変圧器から出力される前記検出電圧が前記基準電圧よりも低いとき第二信号を発するものであり、
   前記断線判定部は、前記第一信号が発された相と前記第二信号が発された相とが同じ相であるとき前記断線信号を出力するものである
   請求項１に記載の電圧平衡継電器。
3. 前記ヒューズ断線検出装置は、第三電圧比較部と第四電圧比較部とを有するものであって、
   前記第三電圧比較部は、前記第二計器用変圧器から出力される前記検出電圧から前記第一計器用変圧器から出力される前記検出電圧を引いた電圧が第一設定値よりも大きいとき第三信号を発するものであり、
   前記第四電圧比較部は、前記第一計器用変圧器から出力される前記検出電圧から前記第二計器用変圧器から出力される前記検出電圧を引いた電圧が第二設定値よりも大きいとき第四信号を発するものであり、
   前記断線判定部は、前記第一信号が発された相または前記第三信号が発された相と前記第二信号が発された相または前記第四信号が発された相とが同じ相であるとき前記断線信号を出力するものである
   請求項２に記載の電圧平衡継電器。
4. 前記ヒューズ断線検出装置は、ヒューズ電流検出部と基準電流設定部と第一電流比較部と第二電流比較部と断線判定部を有するものであって、
   前記基準電流設定部は、基準電流を設定するものであり、
   前記ヒューズ電流検出部は、前記第一計器用変圧器と前記第二計器用変圧器の出力側に接続されたインピーダンス要素を流れる電流を検出するものであり、
   前記第一電流比較部は、前記第一計器用変圧器に接続された前記インピーダンス要素を流れる電流が前記基準電流よりも小さいとき第一電流信号を発するものであり、
   前記第二電流比較部は、前記第二計器用変圧器に接続された前記インピーダンス要素を流れる電流が前記基準電流よりも小さいとき第二電流信号を発するものであり、
   前記断線判定部は、前記第一電流信号が発された相と前記第二電流信号が発された相とが同じ相であるとき前記断線信号を出力するものである
   請求項１に記載の電圧平衡継電器。
5. 前記ヒューズ断線検出装置は、第三電圧比較部と第四電圧比較部とを有するものであって、
   前記第三電圧比較部は、前記第二計器用変圧器から出力される前記検出電圧から前記第一計器用変圧器から出力される前記検出電圧を引いた電圧が第一設定値よりも大きいとき第三信号を発するものであり、
   前記第四電圧比較部は、前記第一計器用変圧器から出力される前記検出電圧から前記第二計器用変圧器から出力される前記検出電圧を引いた電圧が第二設定値よりも大きいとき第四信号を発するものであり、
   前記断線判定部は、前記第一電流信号が発された相または前記第三信号が発された相と前記第二電流信号が発された相または前記第四信号が発された相とが同じ相であるとき前記断線信号を出力するものである
   請求項４に記載の電圧平衡継電器。
6. 前記三相交流電力線は、発電機の出力線である
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電圧平衡継電器。

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