JP2633284B2 - 交流電源装置を保護する多極遮断器の固体引外し装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、遮断器により保護される電源装置に関連す
る導体を流れる電流に比例する信号を発生する極当りの
電流センサと、保護すべき導体を流れる電流を表す信号
と絶縁障害が起きた時に零シーケンス信号を供給するた
めに前記信号が加えられる検出および整流回路と、遅延
した引外し機能と瞬時引外し機能の少なくとも一方を行
い、かつ、導体を流れる電流を表す信号または零シーケ
ンス信号が、予め設定されているしきい値を超えた時
に、遅延して、または遅延なしに遮断器引外し指令を送
るために、前記検出および整流回路からの出力信号を受
ける電子処理装置とを備えた交流電源装置を保護する多
極遮断器の固体引外し装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の引外し装置においては、保護すべき電源装置の
各導体に変流器が組合わされ、その変流器の発生する信
号が全波整流ブリッジに加えられる。その全波整流ブリ
ッジにより整流された信号を電子処理装置を用いて遅延
時間の長い引外し機能と、遅延時間の短い引外し機能
と、瞬時引外し機能の少なくとも１つの機能を行う。地
絡障害は、保護すべき電流装置の１組の導体により構成
された１次巻線と、それらの１次巻線を流れる電流の和
が零でない時に地絡障害信号を供給する２次巻線とで構
成された別の加算変流器、または種々の導体に関連する
変流器の各２次巻線の端子の１つに共通である導体に接
続されている測定抵抗により一般的に検出される。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、とくに簡単で新規な地絡障害検出手
段を備える固体引外し装置を得ることである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、検出および整流回路は、１組の電流
センサからの出力信号の正の半波の和を表す第１の信号
を発生する第１の整流手段と、１組の電流センサからの
出力信号の負の半波の和の絶対値を表す第２の信号を発
生する第２の整流手段と、前記零シーケンス信号を発生
するように、前記第１の和信号と前記第２の和信号の差
を求める手段とを備える。

好適な実施例によれば、検出および整流回路は各電流
センサに関連するダイオードの群を備え、各ダイオード
群は直列に接続された第１のダイオードと第２のダイオ
ード、および直列に接続され第３のダイオードと第４の
ダイオードを備え、その第１のダイオードと第２のダイ
オードの共通点は関連する電流センサの第１の出力端子
に接続され、第３のダイオードと第４のダイオードの共
通点は関連する電センサの第２の出力端子に接続され、
第２のダイオードと第４のダイオードのアノードは、検
出および整流回路の負の出力電位を構成している第１の
導体に共通接続され、異なるダイオード群の第１のダイ
オードのカソードは第２の導体に接続され、異なるダイ
オード群の第３のダイオードのカソードは第２の導体と
は異なる第３の導体に接続され、前記検出および整流回
路は、前記零シーケンス信号を発生するように、前記第
１の和信号と前記第２の和信号をそれぞれ構成する第１
の導体と第３の導体を流れる電流の差を求める手段を更
に備える。

各ダイオード群の第２のダイオードと第４のダイオー
ドとアノードの共通点と第１の導体の間に抵抗を挿入す
ることにより、各相および中性相の独立した全波整流を
行うことができ、その測定抵抗の端子における電圧は相
電流または中性電流を表す。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明を詳しく説明する。

第１図において、三相プラス中性交流電源装置の線R,
S,T,Nを保護する遮断器10が、有極リレー14により制御
される操作機構12によって、過負荷、短絡または地絡が
起きた時に遮断器を引外すようにして作動させられる。

各線を流れる電流の強さは変流器16R,16S,16Tまたは1
6Nにより検出される。それらの変流器の全て同じ向きに
巻かれている２次巻線は検出および整流回路18に接続さ
れる。その検出および整流回路18は相電流を表す信号
と、アース電流を表す信号と、地絡障害電流を表す信号
とを引外し装置の電子処理装置20に供給するとともに、
電源装置から電力が供給される引外し装置の場合には電
源電圧を供給する。電子処理装置20は、従来の引外し装
置と同様に、予め設定されているしきい値を超えた時に
遮断器引外し指令を発生するために、遅延時間の長い引
外し機能と、遅延時間の短い引外し機能と、瞬時引外し
機能とを行う。そのようにして発生された引外し指令
は、遮断器を作動させるために有極リレー14を供給され
る。

この種の引外し装置は周知であって、アナログ型引外
し装置がたとえば米国特許第4,571,659号明細書に記載
され、マイクロプロセッサをベースとするものが米国特
許第4,710,845号明細書に記載されている。

電子処理装置20は、検出および整流回路18により供給
された零シーケンス電流測定信号から電源装置の地絡障
害保護機能も行う。電源装置に非絶縁障害が起きたとす
ると、零シーケンス電流は零である。電源装置に通電し
ている導体R,S,T,Nとアースの間に起る絶縁障害は検出
および整流回路18により残留電流または零シーケンスで
電流が検出される。電子処理装置20はその零シーケンス
測定信号を用いて、その測定信号が予め設定されている
しきい値を超えた時に、周知のやり方で遮断器を瞬時
に、または遅延させて引外す。

第２図は第１図に示されている固体引外し装置の検出
および整流回路18の詳しい回路図を示す。

四極引外し装置の場合には、検出および整流回路18
は、変流器16R,16S,16T,16Nの２次巻線の１つにそれぞ
れ関連する４つのダイオード群を有する。

４つのダイオード群は同一であるから、そのうちの１
つについてだけ詳しく説明することにする。そのダイオ
ード群が線R,S,TまたはＮのいずれに関連するかに応じ
て、第２図において文字R,S,TまたはＮを用いる。各ダ
イオード群において２次巻線16の１つの端子がダイオー
ド22のアノードとダイオード24のカソード接続され、２
次巻線16の他方の端子がダイオード26のアノードとダイ
オード28のカソードに接続される。

全てのダイオード22（22R,22S,22T,22N）のカソード
は同じ１本の導体Ｊに接続され、全てのダイオード26
（26R,26S,26T,26N）のカソードは同じ１本の導体Ｋに
接続される。ダイオード24Nと28Nのアノードは一緒に接
続され、その共通接続点は、検出および整流回路18の負
の出力電位を構成する導体30に接続される。

図示の好適な実施例においては、導体30へのダイオー
ド24Nと28Nの接続は測定抵抗R1により行われる。同様
に、ダイオード24Rと28Rのアノードの共通接続点、24と
28Sの共通接続点、またはダイオード24Tと28Tの共通接
続点、またはダイオード24Tと28Tの共通接続点は測定抵
抗R2,R3,R4によりそれぞれ導体30に接続される。このよ
うな構造により、抵抗R1〜R4をそれぞれ流れる電流は関
連する変流器の全波整流された電流に一致する。それら
の抵抗R1〜R4は低い抵抗値（数オーム）の正確な測定抵
抗である。それらの抵抗の抵抗値は同じであって、検出
した電流信号を電圧信号に変換する。導体30の電位より
負であって、各相における独立した測定信号を構成する
それらの電圧信号は、引外し装置の長い遅延時間の引外
し機能と、短い遅延時間の引外し機能と、瞬時引外し機
能を電子処理装置20が行うために電子処理装置20が用い
られる。図示の実施例はとくに簡単であるが、本発明
は、その実施例に限定されるものではなく、導体（R,S,
T,N）を流れる電流の値を従来のやり方で得ることがで
きる。

本発明によれば、導体Ｊを流れる電流Ijが変流器16に
より検出された電流の正の半波の和に一致し、導体Ｋを
流れる電流Ikの絶対値が、検出された電流の負の半波の
和に一致する。電流IjとIkの差Ihは電源装置の零シーケ
ンス電流の映像と考えることができる。導体ＪとＫの間
に存在する電圧差Vhが零シーケンス電を表すものである
ようにして、導体ＪとＫは同じ抵抗値を有する抵抗R5,R
6によりそれぞれ導体30に接続される。

第２図に示される実施例においては、差電圧Vhは差動
増幅器34の端子に加えられる。その差動増幅器は出力線
36に測定電圧を供給する。地絡障害が起きた時に遮断器
を引外すために、その測定電圧を電子処理装置20が使用
できる。図示のように、導体Ｊは抵抗R7により差動増幅
器34の反転入力端子に接続され、導体Ｋは抵抗R7と同じ
抵抗値を持つ抵抗R8により差動増幅器34の非反転入力端
子に接続される。その非反転入力端子は抵抗R10により
導体30に接続される。抵抗R10と同じ抵抗値を持つ抵抗R
9が差動増幅器34の反転入力端子と出力端子の間に接続
される。したがって、差電圧Vhに比例し、したがって保
護すべき電源装置における零シーケンス電流を表す電圧
が導体30と36の間に得られる。

図示の好適な実施例においては、抵抗R5とR6の共通接
続点に接続されている導体30と32の間に、それらの条件
の下においては電源装置により電圧が供給されている引
外し装置へ供給するために用いられる電源電圧を、前記
共通接続点へ接続されている導体30と32の間に供給する
ようにして、その共通接続点はツェナーダイオードZDに
より導体30へ接続される。そのツェナーダイオードZDを
挿入しても測定電圧Vhには影響しない。実際に、Ｖをツ
ェナーダイオードZDの端子における電圧とすると、電圧
Vhは次式で与えられる。

Vh＝IjR6＋Ｖ−（IkR5＋Ｖ） ＝IjR6−IkR5 R5＝R6であるから実際にはVh＝R5（Ij−Ik）が得られ
る。

ここで説明している実際例においては、比外し装置の
動作を試験するために人工の直流障害電流を加えるよう
に構成されている外部障害シミュレータ（図示せず）と
ともに動作できる２つの試験端子42,44を引外し装置は
有する。第１の試験端子42は１つのダイオード群のダイ
オード26と28、図においてはダイオード26Tと28Tの共通
接続点に接続され、第２の試験端子44は、導体Ｊと含ま
れているダイオード28（すなわち、図ではダイオード28
T）のアノードの間に直列接続されている２個のダイオ
ード38と40の共通接続点に接続される。

引外し装置の過負荷電流保護機能を試験するために、
外部障害シミュレータの正極が試験端子44に接続され、
それの負極が試験端子42に接続されるようにして、外部
障害シミュレータが試験端子42と44の間に接続される。
直流試験電流が外部障害シミュレータにより引外し装置
へ供給されると、その直流試験電流は試験端子44からダ
イオード38と、導体Ｊと、抵抗R6、ツェナーダイオード
ZDと、抵抗R4と、ダイオード26Tとを通って試験端子42
へ流れる。測定抵抗R4の端子間に存在する電圧は電子処
理装置20の正しい動作、とくに長い遅延時間の引外し機
能と、短い遅延時間の取外し機能と、瞬時引外し機能を
調べるために用いられる。電流が導体Ｊを流れるのに導
体Ｋに電流が流れないとすると、差動増幅器34の入力端
子へ正の電圧差が加えられ、その結果として導体36に負
の電圧が出力される。電子処理装置20におえる地絡障害
引外ししきい値は正のしきい値であるから、その負電圧
は地絡障害引外し機能を起動させない。

引外し装置の地絡障害保護機能を試験するために、障
害シミュレータの正極の試験端子42に接続し、負極を試
験端子44に接続し、試験電流の向きが逆にして加えられ
る。そうすると、直流試験、直流試験電流が試験端子42
から、ダイオード26Tと、導体Ｋと、抵抗R5と、ツェナ
ーダイオードZDと、抵抗R4と、タイオード40とを通って
試験端子44に流れる。導体ＪとＫを流れる電流が一致し
ないと差動増幅器34の入力端子に負の電圧差が生じ、そ
の結果として導体36に正の電圧信号が出力される。その
信号により電子処理装置20の地等障害保護機能と遅延時
間を試験することができる。この場合には、試験電流の
強さは地絡障害引外し回路は感度と遮断器の定格電流に
対応する映像電流の間で、測定抵抗R4を流れる試験電流
が電子処理装置20に影響を及ぼさず、測定抵抗R4の端子
間電圧が電子処理装置20の長い遅延時間の引外ししきい
値より低いようにして、構成される。したがって、シミ
ュレータの極性を逆にするだけで試験電流の流れる向き
を逆にすることにより、引外し装置の地絡障害保護機能
と過負荷電流保護機能一対の試験端子で試験できる。

試験電流は導体ＪまたはＫの一方のみを流れて電流の
不平衡を生じ、引外し装置の地絡障害保護機能の動作が
試験できるようにしなければならない。これは、図示の
手段以外の手段で行えることは明らかである。たとえ
ば、第１の試験端子はダイオード群のダイオード22と24
の共通接続点に接続でき、第２の試験端子は、導体Ｋと
ダイオード24のアノードの間の直列接続されている２個
のダイオードの共通接続点に接続される。

第１図および第２図においては本発明を三相プラス中
性の電源装置に応用した例について説明したが、本発明
はその種の電源装置への応用に限定されるものではない
ことは明らかである。たとえば、本発明は、とくに二極
遮断器（１つの相と中性より成る）または三極遮断器
（中性無し）に同様にして応用できる。

第３図および第４図は三極遮断器に含まれる波形の一
例を示す。それらの図に関連電流I1,I2,I3と、正の半波
の和で構成された電流Ijと、負の半波の絶対値の和で構
成された電位Ikと、電流IjとIkの差に等しい零シーケン
ス電流Ihとが示されている。

第３図に示されている例ではI1＝14A、I2＝I3＝10Aで
あり、第４図に示されている例ではI1＝14A、I2＝7A、I
3＝10Aである。

【図面の簡単な説明】

第１図は固体引外し装置のブロック図、第２図は第１図
に示されている引外し装置の検出および整流回路の好適
な実施例の回路図、第３図および第４図は中性が無い三
極遮断器における本発明の原理を用いて得られた波形を
示す波形図である。 10……遮断器、12……操作機構、16……変流器、18……
検出および整流回路、20……電子処理装置、22,24,26,3
8,40……ダイオード、34……差動増幅器、R1〜R10……
抵抗、ZD……ツェナーダイオード。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】遮断器により保護される電源装置に関連す
   る導体（R,S,T,N）を流れる電流に比例する信号を発生
   する極当りの電流センサ（16R,16S,16T,16N）と、保護
   すべき導体（R,S,T,N）を流れる電流を表す信号と絶縁
   障害が起きた時に零シーケンス信号を供給するために前
   記信号が加えられる検出および整流回路（18）と、遅延
   した引外し機能と瞬時引外し機能の少なくとも一方を行
   い、かつ、導体を流れる電流を表す信号または零シーケ
   ンス信号が、予め設定されているしきい値を超えた時
   に、遅延して、または遅延なしに遮断器引外し指令を送
   るために、前記検出および整流回路（18）からの出力信
   号を受ける電子処理装置（20）とを備えた交流電源装置
   を保護する多極遮断器の固体引外し装置において、 前記検出および整流回路（18）は、１組の電流センサ
   （16）からの出力信号の正の半波の和を表す第１の信号
   を発生する第１の整流手段（22,28,J）と、１組の電流
   センサ（16）からの出力信号の負の半波の和の絶対値を
   表す第２の信号を発生する第２の整流手段（26,24,K）
   と、前記零シーケンス信号を発生するように、前記第１
   の和信号と前記第２の和信号の差を求める手段と、 を備えたことを特徴とする交流電源装置を保護する多極
   遮断器の固体引外し装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の引外し装置において、検出
   および整流回路（18）は各電流センサに関連するダイオ
   ード群（22,24,26,28）を備え、各ダイオード群は直列
   に接続された第１のダイオード（22）と第２のダイオー
   ド（24）、および直列に接続された第３のダイオード
   （26）と第４のダイオード（28）を備え、その第１のダ
   イオードと第２のダイオードの共通点は関連する電流セ
   ンサの第１の出力端子に接続され、第３のダイオードと
   第４のダイオードの共通点は関連する電流センサの第２
   の出力端子に接続され、第２のダイオードと第４のダイ
   オードのアノードは、検出および整流回路（18）の負の
   出力電位を構成している第１の導体（30）に共通に接続
   され、異なるダイオード群の第１のダイオード（22R,22
   S,22T,22N）のカソードは第２の導体（Ｊ）に接続さ
   れ、異なるダイオード群の第３のダイオード（26R,26S,
   26T,26N）のカソードは第２の導体とは異なる第３の導
   体（Ｋ）に接続され、前記検出および整流回路（18）
   は、前記零シーケンス信号を発生するように、前記第１
   の和信号と前記第２の和信号をそれぞれ構成する第２の
   導体（Ｊ）と第３の導体（Ｋ）を流れる電流の差を求め
   る手段（R5,R6）を更に備えたことを特徴とする引外し
   装置。
3. 【請求項３】請求項２記載の引外し装置において、前記
   差を求める手段は同じ値の第１の抵抗（R6）と第２の抵
   抗（R5）を備え、第１の抵抗と第２の抵抗は第２の導体
   （Ｊ）と第３の導体（Ｋ）をそれぞれ第１の導体（30）
   に接続し、第２の導体と第３の導体の間の電圧差は電源
   装置における零シーケンス電流を表すことを特徴とする
   引外し装置。
4. 【請求項４】請求項２記載の引外し装置において、２個
   の試験端子（42,44）を備え、引外し装置の動作を試験
   するために、人工的な直流障害電流を加えることができ
   る障害シュミレータを前記試験端子へ接続でき、引外し
   装置の地絡機能を動作させるために、試験端子の間に加
   えられた直流電流が前記導体の一方のみを流れるように
   して、試験端子（42,44）は第２の導体および第３の導
   体（J,K）へそれぞれ接続されることを特徴とする引外
   し装置。