JP2022108963A - 保護継電器の接続状態切替回路 - Google Patents

Abstract

【課題】経年変化あるいは劣化した試験用端子ユニットが専用プラグの操作によっても正常に点検可能な状態に移行できない場合であっても、確実に点検可能状態に移行させる。【解決手段】実施形態の保護継電器の接続状態切替回路は、電流変成器の一対の出力端子に対し、試験用端子ユニットを介して接続された保護継電器の接続状態を切り替える接続状態切替回路であって、電流変成器の一対の出力端子を短絡するための短絡用スイッチと、短絡用スイッチを流れる電流の状態を検出する第１電流状態検出部と、保護継電器を流れる電流の状態を検出する第２電流状態検出部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、保護継電器の接続状態切替回路に関する。

従来、送電元から負荷に対する電力の供給がなされているかを検出するために電流変成器（ＣＴ：Current Transformer）が用いられている。
このような電流変成器の２次回路側においては、試験用端子ユニットを介して保護継電器である過電流継電器等が設けられている。

上記構成において、保護継電器の保守点検時に専用プラグを差し込むことにより、電流変成器の２次回路側を自動的に短絡状態とし、電流変成器の２次回路（主回路）から保護継電器を切り離し（解放し）、保護継電器を安全に点検するようにしていた。

実開昭５９－０３７５６５号公報 実開昭５７－１６３１３９号公報 特開２００１－１１２１５９号公報

ところで、電流変成器の２次回路側に配置されている試験用端子ユニットは、保護継電器の保守点検時に専用プラグを差し込み、電流変成器の二次回路が自動的に短絡しながら回路から断路されることで保護継電器や計測器の保守点検作業の安全性、容易性を確保することとなっていた。

また専用プラグには複数の取り出し端子が設けられており、そこに試験用ケーブルを接続して模擬的な電流を流して過電流継電器（ＯＣＲ）等の保護継電器の電流試験をやりやすくするようにしていた。

しかしながら、試験用端子ユニットは、常に架電状態で試験用端子ユニット自体の点検が実施できないケースがあり、未点検で経年変化あるいは劣化した試験用端子ユニットに専用プラグを抜き差ししても試験用端子ユニットが正常に動作しない虞があった。
例えば、専用プラグを差した際に電流変成器の２次回路が短絡状態とならず、開放状態となる虞があった。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、経年変化あるいは劣化した試験用端子ユニットが専用プラグの操作によっても正常に点検可能な状態に移行できない場合であっても、確実に点検可能状態に移行させることが可能な保護継電器の接続状態切替回路を提供することを目的としている。

実施形態の保護継電器の接続状態切替回路は、電流変成器の一対の出力端子に対し、試験用端子ユニットを介して接続された保護継電器の接続状態を切り替える接続状態切替回路であって、電流変成器の一対の出力端子を短絡するための短絡用スイッチと、短絡用スイッチを流れる電流の状態を検出する第１電流状態検出部と、保護継電器を流れる電流の状態を検出する第２電流状態検出部と、を備える。

図１は、実施形態の電力供給システムの要部概要構成図である。 図２は、試験用端子ユニットの要部説明図（その１）である。 図３は、試験用端子ユニットの要部説明図（その２）である。 図４は、従来の電力供給システムの要部概要構成図である。

次に実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、実施形態の電力供給システムの要部概要構成図である。
電力供給システム１０は、送電元（商用電源）１１と、負荷システム１２と、第１受電系統ＧＬ１と、第２受電系統ＧＬ２と、受電監視システム１３と、を備えている。

送電元（商用電源）１１は、第１ケーブルＣＢＬ１及び第２ケーブルＣＢＬ２を介して電力を負荷システム１２に対して供給する。
負荷システム１２は、送電元１１から供給された電力に基づいて様々な負荷（電力変換装置、発電機、電動機等）を駆動する。

第１受電系統ＧＬ１には、送電元１１から負荷システム１２に向かって、電力供給ライン上に接地開閉器ＥＳ１、断路器ＤＳ１、遮断器（サーキットブレーカ）ＣＢ１が設けられている。

第２受電系統ＧＬ２には、送電元１１から負荷システム１２に向かって、電力供給ライン上に接地開閉器ＥＳ２、断路器ＤＳ２、遮断器（サーキットブレーカ）ＣＢ２が設けられている。

上記構成において、接地開閉器ＥＳ１、ＥＳ２は、停止部分を接地する。
断路器ＤＳ１、ＤＳ２は、負荷電流の流れていない電流経路の開閉を行う。
遮断器ＣＢ１、ＣＢ２は、過電流継電器などの外部の保護継電器の異常検出信号に基づいて電流路を遮断する。

受電監視システム１３は、第１変流器ＣＴ１と、第２変流器ＣＴ２と、試験用端子ユニット１４と、過電流継電器１５と、短絡用スイッチ１６と、第１電流計１７と、第２電流計１８と、を備えている。

上記構成において、短絡用スイッチ１６、第１電流計１７及び第２電流計１８は、接続状態切替回路として機能している。
また、第１電流計１７は、短絡用スイッチ１６を流れる電流の状態を検出する第１電流状態検出部として機能し、第２電流計１８は、保護継電器である過電流継電器１５を流れる電流の状態を検出する第２電流状態検出部として機能している。

第１変流器ＣＴ１は、第１ケーブルＣＢＬ１を流れる電流を検出して電流検出信号を試験用端子ユニットを介して過電流継電器１５に出力する。
第２変流器ＣＴ２は、第２ケーブルＣＢＬ２を流れる電流を検出して電流検出信号を試験用端子ユニットを介して過電流継電器１５に出力する。

試験用端子ユニット１４は、保護継電器として機能する過電流継電器１５の保守点検を行う場合には、過電流継電器１５を第１変流器ＣＴ１及び第２変流器ＣＴ２から電気的に切り離す必要がある。

ところで、単に過電流継電器１５を第１変流器ＣＴ１及び第２変流器ＣＴ２から電気的に切り離した状態としてしまうと、第１変流器ＣＴ１及び第２変流器ＣＴ２の出力端子は、開放（オープン）状態となり、電流経路がなくなり、高電圧が発生して、絶縁破壊、短絡等の状態になる虞がある。これを避けるため試験用端子ユニット１４は、第１変流器ＣＴ１及び第２変流器ＣＴ２の出力端子の間を短絡するように構成されている。

ここで、試験用端子ユニット１４について説明する。
図２は、試験用端子ユニットの要部説明図（その１）である。
図３は、試験用端子ユニットの要部説明図（その２）である。
試験用端子ユニット１４は、４つの端子、すなわち、第１端子Ｔ１～第４端子Ｔ４を備えている。
第１端子Ｔ１は、第１変流器ＣＴ１及び第２変流器ＣＴ２の一方の出力端子に接続されている。

第２端子Ｔ２は、過電流継電器１５の一方の端子に直接接続され、第１常閉スイッチＳＷ２－１を介して第１端子Ｔ１に接続されている。
第３端子Ｔ３は、第１変流器ＣＴ１及び第２変流器ＣＴ２の他方の出力端子に接続されている。

第４端子Ｔ４は、過電流継電器１５の他方の端子に第２電流計１８を介して接続され、第２常閉スイッチＳＷ２－２を介して第３端子Ｔ３に接続されている。
さらに第１端子Ｔ１と第３端子Ｔ３とは、常開スイッチＳＷ１を介して接続可能な状態とされている。

上記構成において、常開スイッチＳＷ１、第１常閉スイッチＳＷ２－１及び第２常閉スイッチＳＷ２は、試験用端子ユニット１４に図示しない専用プラグの操作により、物理的に連携動作するようにされている。

そして、専用プラグが差し込まれていない通常状態では、試験用端子ユニット１４は、常開スイッチＳＷ１＝開（オフ）、第１常閉スイッチＳＷ２－１＝閉（オン）、第２常閉スイッチＳＷ２＝閉（オン）とされる。

上記構成の結果、通常状態においては、図２に示すように、第１変流器ＣＴ１及び第２変流器ＣＴ２の一方の出力端子が過電流継電器１５の一方の端子に接続され、第１変流器ＣＴ１及び第２変流器ＣＴ２の他方の出力端子が第２電流計を介して過電流継電器１５の他方の端子に接続されていることとなる。

また専用プラグを差し込んだ点検状態では、図３に示すように、試験用端子ユニット１４が正常動作をすれば、常開スイッチＳＷ１＝閉（オン）、第１常閉スイッチＳＷ２－１＝開（オフ）、第２常閉スイッチＳＷ２＝開（オフ）とされる。

上記構成の結果、点検状態においては、第１変流器ＣＴ１及び第２変流器ＣＴ２の出力端子は、短絡状態とされ、第１変流器ＣＴ１及び第２変流器ＣＴ２を流れる二次電流の電流経路が確保されるので、絶縁破壊、短絡等の虞を低減できる。
一方、過電流継電器１５は、第１変流器ＣＴ１及び第２変流器ＣＴ２の電流経路からは切り離されるため、過電流継電器１５の保守点検を行うことが可能となる。

過電流継電器１５は、受電電力の電流が過電流状態になっている場合に異常検出信号を遮断器ＣＢ１、ＣＢ２に出力して、対応する電流路を遮断させる。
短絡用スイッチ１６は、点検者が点検に先立って第１変流器ＣＴ１及び第２変流器ＣＴ２の出力端子を短絡状態とするためのスイッチである。これを設ける理由については後述する。

第１電流計１７は、短絡用スイッチ１６が閉状態（オン状態）とされている場合に、短絡用スイッチ１６を介した電流がどの程度流れているかを点検者が確認するためのものである。
第２電流計１８は、点検状態においては、過電流継電器１５が第１変流器ＣＴ１及び第２変流器ＣＴ２の電流経路からは切り離されている場合には、電流が流れないはずであるので、そのことを点検者が確認するためのものである。

次に実施形態の動作説明に先立ち、従来の問題点について説明する。
図４は、従来の電力供給システムの要部概要構成図である。
図４において、図１と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
従来の電力供給システム１０Ｐにおいて、過電流継電器（ＯＣＲ）１５を点検する際には、第１変流器ＣＴ１及び第２変流器ＣＴ２から過電流継電器１５を電気的に切り離す（断路する）ために、試験用端子ユニット１４に専用プラグを差し込むこととなっている。

このとき、専用プラグの構造として最初に第１端子Ｔ１－第３端子Ｔ３間を短絡してから、第１端子Ｔ１－第２端子Ｔ２間および第３端子Ｔ３－第４端子Ｔ４間が開放となるように構成されている。

すなわち、専用プラグは、図２に示した状態において、まず試験用端子ユニット１４の常開スイッチＳＷ１を閉状態にしてから、第１常閉スイッチＳＷ２－１及び第２常閉スイッチＳＷ２－２を開状態として、図３に示す状態とするのである。

ところで、試験用端子ユニット１４の専用プラグの差し込み操作を、長年点検できていないままの状態で行うと、第１端子Ｔ１－第３端子Ｔ３間が十分接触されないまま第１端子Ｔ１－第２端子Ｔ２間および第３端子Ｔ３－第４端子Ｔ４間が開放され、二次電流の通電路が断たれて高電圧が発生し第１変流器ＣＴ１及び第２変流器ＣＴ２の巻線の絶縁破壊や短絡を招く虞があった。

また、専用プラグの引き抜き操作を行う際も第１端子Ｔ１－第２端子Ｔ２間および第３端子Ｔ３－第４端子Ｔ４間が十分接続されないまま第１端子Ｔ１－第３端子Ｔ３間の短絡が開放されてしまう虞もあった。
これらを解決する方法の一つとして第１変流器ＣＴ１及び第２変流器ＣＴ２の冗長化が考えられるが、設置スペース、経済性などの課題が生じることとなる。

次に実施形態の動作を説明する。
実施形態においては、まず、過電流継電器（ＯＣＲ）１５を点検する際には、第１変流器ＣＴ１及び第２変流器ＣＴ２から過電流継電器１５を電気的に切り離す（断路する）のに先だって、短絡用スイッチ１６を閉状態とする。

このとき、短絡用スイッチ１６が閉状態となると、短絡用スイッチ１６を介して第１電流計に電流が流れるので、点検作業者は、電流が流れていることを確認することで、第１変流器ＣＴ１及び第２変流器ＣＴ２の出力端子間が短絡されていることを確実に確認することができる。

初期状態において、試験用端子ユニット１４の第１端子Ｔ１－第３端子Ｔ３間は開状態（オフ状態）であるため、第２電流計１８は、電流が流れている状態が検出されているものとする。
続いて点検作業者は、通常通り、試験用端子ユニット１４の専用プラグの差し込み操作を行う。

これにより試験用端子ユニット１４が正常であれば、常開スイッチＳＷ１が閉状態となり、第１端子Ｔ１－第３端子Ｔ３間を電流が流れることとなるため、多少第１電流計１７を流れる電流が減少することとなるので、点検作業者は、この電流減少を確認することで、第１端子Ｔ１－第３端子Ｔ３間が正常に機能していることを確認できることになる。

逆に電流減少が見られない場合には、点検作業者は、第１端子Ｔ１－第３端子Ｔ３間が正常に機能していないことを確認できることになる。

その後、第１常閉スイッチＳＷ２－１及び第２常閉スイッチＳＷ２－２が正常に開状態となると、第２電流計１８を電流が流れなくなるため、点検作業者は、この電流が流れなくなったことを確認することで、第１常閉スイッチＳＷ２－１及び第２常閉スイッチＳＷ２－２が正常に機能して、開状態（オフ状態）になっていることを確認できることになる。

逆に第２電流計１８に電流が流れ続けている場合には、点検作業者は、第１常閉スイッチＳＷ２－１及び第２常閉スイッチＳＷ２－２が正常に機能していないことを確認できることになる。

したがって、試験用端子ユニット１４が正しく機能し、過電流継電器１５が第１変流器ＣＴ１及び第２変流器ＣＴ２から確実に電気的に切り離されていることを容易に確認して、過電流継電器１５の点検を行うことが可能となる。

過電流継電器の点検終了後、点検作業者は、通常通り、試験用端子ユニット１４の専用プラグの抜き取り操作を行う。

これにより試験用端子ユニット１４が正常であれば、第１常閉スイッチＳＷ２－１及び第２常閉スイッチＳＷ２－２が正常に閉状態となり、第２電流計１８を電流が流れるため、点検作業者は、この電流が流れることを確認することで、第１常閉スイッチＳＷ２－１及び第２常閉スイッチＳＷ２－２が正常に機能して、閉状態（オン状態）になっていることを確認できることになる。

続いて、常開スイッチＳＷ１が開状態となり、第１端子Ｔ１－第３端子Ｔ３間を電流が流れ無くなることとなるため、多少第１電流計１７を流れる電流が増加することとなるので、点検作業者は、この電流増加を確認することで、第１端子Ｔ１－第３端子Ｔ３間が正常に遮断されたことを確認できることになる。

逆に電流増加が見られない場合には、点検作業者は、第１端子Ｔ１－第３端子Ｔ３間が正常に機能していないことを確認できることになる。

そして点検作業者は、短絡用スイッチ１６を再び開状態（オフ）として点検作業を終了することとなる。

以上の説明のように、本実施形態によれば、長年点検を行っていなかった電力供給システム１０においても、保護継電器（上述の例では、過電流継電器）を確実に電力供給システム１０から電気的に切り離して点検を行うことができ、ひいては、電力供給システム１０を停止させることなく、電力供給システム１０の信頼性の向上が図れる。

以上の説明においては、第１電流状態検出部及び第２電流状態検出部として、第１電流計１７及び第２電流計１８として構成していたが、電流の有無及び電流量の変動の概要がわかれば、第１電流状態検出部及び前記第２電流状態検出部として、ＬＥＤランプのようなランプとして構成することも可能である。この場合において、電流量については、光量の増減で判断すればよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 電力供給システム
１１ 送電元
１２ 負荷システム
１３ 受電監視システム
１４ 試験用端子ユニット
１５ 過電流継電器
１６ 短絡用スイッチ
１７ 第１電流計
１８ 第２電流計
ＣＢ１、ＣＢ２ 遮断器
ＣＢＬ１ 第１ケーブル
ＣＢＬ２ 第２ケーブル
ＣＴ１ 第１変流器
ＣＴ２ 第２変流器
ＤＳ１、ＤＳ２ 断路器
ＥＳ１、ＥＳ２ 接地開閉器
ＧＬ１ 第１受電系統
ＧＬ２ 第２受電系統
ＳＷ１ 常開スイッチ
ＳＷ２－１ 第１常閉スイッチ
ＳＷ２－２ 第２常閉スイッチ
Ｔ１ 第１端子
Ｔ２ 第２端子
Ｔ３ 第３端子
Ｔ４ 第４端子

Claims (5)

1. 電流変成器の一対の出力端子に対し、試験用端子ユニットを介して接続された保護継電器の接続状態を切り替える接続状態切替回路であって、
   前記電流変成器の前記一対の出力端子を短絡するための短絡用スイッチと、
   前記短絡用スイッチを流れる電流の状態を検出する第１電流状態検出部と、
   前記保護継電器を流れる電流の状態を検出する第２電流状態検出部と、
   を備えた、保護継電器の接続状態切替回路。
2. 前記短絡用スイッチ及び前記第１電流状態検出部は、前記電流変成器の一対の出力端子間に直列接続され、
   前記第２電流状態検出部は、一方の前記出力端子と前記保護継電器の入力端子との間に接続されている、
   請求項１に記載の接続状態切替回路。
3. 前記第１電流状態検出部及び前記第２電流状態検出部は、それぞれ電流計として構成されている、
   請求項１または請求項２に記載の接続状態切替回路。
4. 前記第１電流状態検出部及び前記第２電流状態検出部は、それぞれランプとして構成されている、
   請求項１または請求項２に記載の接続状態切替回路。
5. 前記試験用端子ユニットは、一方の前記出力端子に接続される第１端子と、
   前記保護継電器の一方の入力端子に接続される第２端子と、
   他方の前記出力端子に接続される第３端子と、
   前記保護継電器の他方の入力端子に接続される第４端子と、
   前記第１端子と前記第３端子との間に接続された常開スイッチと、
   前記常開スイッチと連携動作し、前記第１端子と前記第２端子との間に接続された第１常閉スイッチと、
   前記常開スイッチと連携動作し、前記第３端子と前記第４端子との間に接続された第２常閉スイッチと、
   を備えた請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の接続状態切替回路。

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