JP2661912B2 - しや断器のトリツプ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ソリッドステートトリップ装置に関し、よ
り詳しくは、電流を制限するしゃ断器の接点を高速で開
放する即時アナログトリップ回路を有するソリッドステ
ートトリップ装置に関する。 （従来の技術） しゃ断器は、電流が大きい値となる前に、接点を高速
で開いて電流を遮断して、短絡電流を制限する。接点の
高速開放は選択性を妨げる。選択性は十分な遅延時間を
必要とし、事故は下流のしゃ断器によって取り除かれ
る。短絡が生じたときに接点を高速で開放することによ
り電流を制限し、続いてこれらの接点を再び閉じて電気
装置の影響を受けない部分に再び給電することにより、
選択性と限流とを両立させることが、既に提案されてい
る。しかし、そのような装置は複雑となり且つ接点がは
ね返る。 （発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、ある場合においては選択性を優先さ
せ、他の場合においては電流を制限するという複合装置
を提供することにある。本発明は、しゃ断器及び損傷さ
れつつある回路を回避するよう制限されるべき激しい短
絡電流が生じた場合には電流の制限を優先するという事
実に基づく。これらの例外的な場合には、選択性が限流
に対して犠牲にされる。短絡電流値がしゃ断器の動電気
力耐性レベルよりも低い普通の場合には、限流作用は必
要なく、選択性が優先される。 （問題点を解決するための手段、作用） 上記目的を達成するために本発明は、しゃ断器の導線
に流れる電流を表わす電流信号ｉを発生する手段と、し
ゃ断器の導線に流れる電流の時間微分に比例する微分信
号di/dtを生成する手段と、電流信号ｉを高しきい値と
比較し、電流信号ｉが高しきい値を越えたとき、即時ト
リップ信号を出力する第１比較手段と、微分信号di/dt
が所定のしきい値を越え、かつ、電流信号ｉが低しきい
値を越えたとき、トリップ信号を出力する第２比較手段
とを備えた、限流用しゃ断器の接点を高速開放するアナ
ログ即時トリップ装置を有するしゃ断器のトリップ装置
において、微分信号di/dtを生成する手段が、しゃ断器
の導線によって構成される１次巻線及び微分信号di/dt
を発生する２次巻線を有する空心トロイダルコイルによ
って作られた電流センサからなり、電流信号ｉを発生す
る手段が、微分信号di/dtを積分する積分回路からな
り、空心トロイダルコイルの２次巻線に抵抗を介して並
列に接続され、微分信号di/dtに直流電流信号i₀を重畳
して第１電流信号i₀＋di/dtを発生する直流電流源と、
第１電流信号i₀＋di/dtを入力し、その第１電流信号か
ら直流成分を除去して第２電流信号を発生し、その第２
電流信号を積分回路の入力端子に加える処理回路とをさ
らに備え、空心トロイダルコイルが直流電流源から開路
されたとき、第１比較手段が付加的にトリップ信号を発
生することを特徴とする。 微分電流は時間に関して短絡電流の増加速度に対応
し、この値は、短絡電流が生じるや否や、もししゃ断器
によって遮断が行われないと、達するであろうピーク値
を示す。もし、この将来のピーク値がしゃ断器の動電気
力的耐性限界を越えないと、即時トリップ装置は高トリ
ップしきい値にセットされる。このようにして、短又は
長遅延トリップ装置又は遅延を要求する他の選択装置に
よって選択性が備えられる。これに対し、もし、将来の
短絡電流がしゃ断器の動電気的耐性を越えると、即時ト
リップ装置は、しゃ断器の接点の高速開放を生じさせる
低しきい値として作用する。以下のことが容易に理解さ
れる。即ち、この低しきい値はその低しきい値をより速
く越えられる。それは接点の高速開放及び限流を可能に
する。しかしながら、この低しきい値は一般にしゃ断器
の定格電流より高い。しきい値の変更は、短絡が生じた
ときに、増加する電流によってコントロールされる。し
かし、突然の電流変化に繋がる妨害に起因する時を誤っ
たトリップを避けるためには、しゃ断器の定格電流より
も大きな値の瞬間電流によってしゃ断器をトリップする
ことが重要である。高しきい値及び低しきい値に対する
即時トリップ装置の動作を微分電流信号が決定する。 微分電流信号は空心トロイダルコイルからなる電流セ
ンサによって都合良く供給される。そのセンサは被測定
対象としての微分電流に比例する電圧信号を出力する。
微分信号はコンパレータ回路のしきい値と比較され、こ
のしきい値が越えられたか否かに応じて上又は下しきい
値を選択する。その同じ微分信号は都合良く積分され、
その電流自身に比例する信号を出力し、上記高及び低し
きい値と比較し、しきい値が越えられている時に、しゃ
断器のトリップを生じさせる。 本発明の実施例によれば、即時トリップ装置は測定回
路の連続性をモニタするのに使用され得る。この点に関
し、直流電流がセンサに供給され、回路が開路されてい
ないときに、このセンサの両端に予め定めた電圧を生じ
させるようにしている。センサ回路が開路されると、両
端の電圧が増大し、即時トリップ装置によって短絡電流
がトリップを生じさせたと解される。開路状態にある又
は欠陥のあるセンサのもとでしゃ断器が運転されるのを
防止する。直流電流は、全センサ接続回路の連続性をセ
ンサそれ自体と同様にモニタするために、処理回路の近
傍に加えられる。 本発明の即時トリップ装置は、好ましくはデジタルト
リップ装置よりも反応速度の速いアナログトリップ装置
である。この反応速度は、得んとする制限効果に寄与す
る。各相毎に、しゃ断器にトリップを生じさせることの
できる独立のセンサ及び処理回路を用いることも提案で
きる。センサと即時のトリップ回路を個別化すると、そ
れらの各部に反応の高速化と信頼性の向上を与えるよう
に働く。他のものの動作によって作られる回路の１つの
故障は、漏電による短絡を見る非常に良い機会を有す
る。 即時トリップ回路は標準短・長遅延しゃ断器とリレー
を備え、リレーはしゃ断器の即時トリップを生じさせる
ために都合良く使用される。長・短遅延トリップ回路は
自己電流型（own current type）のものであり、電子回
路及びトリップリレーの電源と同様に、測定信号電流を
出力する変流器を使用している。空心トロイダルコイル
からなる電流センサによって供給される微分信号は、技
術的によく知られた態様で、長・短遅延トリップに使用
され得ることを特に述べておく。 （実施例） 図面において、しゃ断器、特に低電圧のしゃ断器は操
作機構12によって動作させられる機械的接点10を備え
る。操作機構12はトリップリレー14によって動かされ
る。トリップリレー14は、即時トリップ回路16及び長・
短遅延トリップ回路18からトリップ指令を受ける。その
しゃ断器はソリッドステート型ともすることができる。
即時トリップ回路16は３つの電流センサ20を備える。各
センサ20は、トリップ回路22に信号を供給するため、し
ゃ断器導線R,S,Tのうちの１つに結合されている。以後
は、センサ20の１つ及びトリップ回路22の１つのみが、
第１図及び第２図を参照しながら記述される。 センサ20は空心トロイダルコイルとして構成されてい
る。センサ20は、例えば、１次巻線を構成する導線Ｒが
通る穴をあけられた形の非磁性サポートによって支持さ
れた２次巻線として構成される。そのようなセンサ20
は、時間との関係において、導線Ｒを流れる電流の微分
に比例した電圧信号を誘導するものとして知られてい
る。センサ20は導線24,導線26によってトリップ回路22
に接続されている。トリップ回路22は、例えば、即時ト
リップ回路を支持するプリント回路基板によって構成さ
れる。直流電流i₀がセンサ20の２次巻線に供給される。
その直流電流i₀は、抵抗30を介して導線24、導線26に接
続された直流電流源28によって供給される。この直流電
流i₀は、導線24,導線26及びセンサ20によって構成され
る回路の全体をチェックするためトリップ回路22のレベ
ルにおいて供給される。センサ20によって供給される信
号は、電流i₀によってセンサ20の両端に誘導される電圧
と、導線Ｒを流れる電流ｉに基づくdi/dtとの関数であ
る。この電圧信号ｅは、DC成分i₀を除去する直流分除去
回路32へ供給される。直流分除去回路32からの出力信号
は、di/dtの値を表わす。di/dtは積分回路34に加えられ
る。積分回路34は導線Ｒを流れる電流に比例する信号ｉ
を出力する。信号ｉは高しきい値検出回路36及び低しき
い値検出回路38に加えられる。それらの出力端子は、予
め定めた高及び低しきい値をそれぞれ越えたときに、ト
リップ信号を出力する。センサ20からの出力信号ｅは、
並列に、検出回路40に、導線Ｒを流れる電流の増加速度
に応じて、加えられる。この増加速度が予め定められた
値を越えると、検出回路40は信号を出力する。その信号
はアンドゲート42の一方の入力端子に加えられる。アン
ドケート42の他方の入力端子には、低しきい値検出回路
38からのトリップ信号が加えられる。アンドゲート42
は、もしもその両方の入力端子に信号が存するときに、
即ち、電流ｉが低しきい値よりも大きいと共に時間との
関係において電流ｉの微分値が予め定められた値よりも
大きいときに、トリップ信号を出力する。 トリップ回路22は、第２図に示されるように、オペレ
ーショナルアンプA1〜A10を使用したアナログ回路であ
る。直流分除去回路32は２つのループ結合（loop−moun
ted）のオペレーショナルアンプA1,A2を使用して、直流
電流成分i₀を除去している。高しきい値検出回路36,38
はそれぞれ２つのオペレーショナルアンプA7,A8;A9,A10
を備える。それらの一方の入力端子は、ツェナーダイオ
ード44,45によって決定されるしきい値電圧となるよう
に極性が与えられる。検出回路40は電流ｉの増加速度を
検出するものである。その検出回路40は、２つのアンプ
A5,A6を有する同種のしきい値回路を備える。それらの
アンプA5,A6はオペレーショナルアンプA3の出力端子に
接続されている。この種のアナログ回路は技術的によく
知られている。ここでは、それらをさらに詳しく説明し
ようとするものではない。 高しきい値検出回路36のしきい値は、しゃ断器の動電
気力的耐性、即ち、しゃ断器が特別損傷することなく耐
えることのできる最大値に、かなり対応する。低しきい
値検出回路38の低しきい値はしゃ断器の定格電流ｉより
も大きい。直流電流値i₀は、24,26,20の回路が開路され
たときに、信号ｅの電圧増加が、高しきい値検出回路36
によってトリップを生じさせるのに十分なように、決定
される。時間的な電流の変化に反応する検出回路40は、
この値、即ち、時間に関して電流を表わす曲線に対応す
るこの値が、カーブ、即ち、しゃ断器の動電気力的耐性
限界であるカーブよりも大きいときに、信号を生成す
る。 本発明の即時トリップ装置の動作は以下の通りであ
る。 正常動作時においては、導線Ｒを流れる電流ｉは低し
きい値検出回路38の値よりも低い。そして、この電流の
変化di/dtは検出回路40の反応しきい値よりも低い。ト
リップ回路22はトリップ命令を送出しない。比較的弱い
短絡が起き、将来のピーク値が高しきい値検出回路36の
高しきい値、特にしゃ断器の動電気力的耐性しきい値よ
りも低いと、信号di/dtは依然として検出回路40の電流
増加速度の応答しきい値よりも低く、トリップ回路22だ
けが高しきい値検出回路36によって決定される高しきい
値に反応する。もし、電流ｉの値が依然としてこの高し
きい値よりも低いと、即時トリップ装置はいかなるトリ
ップ命令をも生成しない。もし、これに対し、予期せぬ
短絡電流の増加に起因して、電流ｉがこのしきい値を越
えると、即時トリップ装置は作用し、トリップし、しゃ
断器及び回路を保護する。激しい短絡が生じ、信号di/d
tが検出回路40のしきい値よりも大きくなると、検出回
路40は信号アンドゲート42の入力端子に加える。これと
並行して、積分回路34は電流ｉを表わす信号を低しきい
値検出回路38に伝える。低しきい値検出回路38は、電流
ｉがこのしきい値を越えるやいなや、トリップ信号をア
ンドゲート42に伝える。このオーバーシュートは、迅速
に起り、しゃ断器が高電流制限効果のあるトリップを迅
速に行うのを可能とする。電流ｉが高しきい値検出回路
36の高しきい値を越えるやいなや、第２のトリップ信号
がしゃ断器に伝えられる。しかしながら、この第２の信
号は、低しきい値検出回路38の伝達後に生じるため、効
果を有しない。検出回路40によって決定されるしきい値
を変更すると、トリップをより迅速に生じせしめて、短
絡電流の制限をより効果的にすることができる。 導線24,26又はセンサ20が開路されると、この開路に
起因して、センサ20の両端での電圧が増加する。その増
加は、信号ｉを高しきい値検出回路36の高しきい値より
も大きくさせる。高しきい値検出回路36はトリップ信号
を出力し、しゃ断器をトリップさせる。センサ20のトリ
ップ回路22への適切な接続はこのようにして恒久的にモ
ニタされる。いかなる事故もしゃ断器のトリップに繋が
る。低しきい値検出回路38の低しきい値に等しい電流値
ｉによるトリップは、もしこのオーバーシュートが検出
回路の40のしきい値よりも大きな電流変化と同時に起る
ときのみに起きる。これに対し、大きな電流変化が検出
回路40のしきい値を越えると、もし電流ｉが低しきい値
検出回路38のしきい値を越えると同時に、トリップが起
こる。このようにして、突然の振幅の制限された電流変
化に起因する時を誤ったトリップは回避される。 第３図を参照すると、センサ20がしゃ断器導線R,S,T
のそれぞれに接続され、各センサ20はトリップ回路22に
接続されているのが明らかである。３つのトリップ回路
22の出力はオアゲート46に供給される。オアゲート46の
出力端子はトリップリレー14に接続されている。トリッ
プ回路22は電源回路48に接続されている。電源回路48
は、例えば導線S,T又は他の電圧供給源に接続されてい
る。機械的接点10のトリップは、３つのトリップ回路22
のうちのいずれかのトリップ信号によって起きる。異な
る即時トリップ回路を分離させたので、装置の信頼性が
増大する。一般に、激しい短絡は導線R,S,Tのうちの少
なくとも２つによって見られ、それゆえトリップ回路22
のうちの１つの故障は大きな影響を有しない。 本発明の即時トリップ装置は、一般に、標準長・短遅
延トリップ回路を有する。その一例は第３図に示され
る。長・短遅延トリップ回路は、トリップ回路22と並列
に、オアゲート46の入力端子の１つにトリップ信号を入
力する。長・短遅延トリップ回路18は、３つの変流器50
を備える。変流器50はしゃ断器の各導線ごとに整流ブリ
ッジ52の交流端子に接続されている。各整流ブリッジ52
の直流側は直列に接続され、導線R,S,Tのうちの１つに
流れる電流の最大値に比例する信号を出力する。この信
号は処理回路54に加えられる。処理回路54は、技術的に
良く知られた態様で長・短遅延しきい値が越えられたと
きに、長・短遅延トリップ信号を生じさせる。即時トリ
ップ装置は、異なるタイプのトリップ回路、例えば、デ
ジタル処理回路又は標準電気機械的トリップ装置を備え
ることができるのは明らかである。しきい値変更装置
は、激しい短絡が生じたときに、しゃ断器全体を危険に
さらさないような全ての短絡値、即ちしゃ断器の動電気
力的耐性よりも低く維持する全てのピーク値に対して選
択トリップを行わせるのに十分な時間遅延を可能とす
る。 本発明は実施例、特に上述のものに限定されないのは
当然であり、他のいかなる実施例、特に、センサ20が異
なるタイプのもの又は電流変化値が処理回路によって決
定されるものにも及ぶ。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の即時トリップ装置のブロック図、第２
図は第１図のトリップ装置の詳細図、第３図は即時トリ
ップ装置及び長・短遅延トリップ装置を備えたソリッド
ステートトリップ装置のブロック図である。 10……機械的接点、12……操作機構、14……トリップリ
レー、16……即時トリップ回路、18……長・短遅延トリ
ップ回路、20……センサ、22……トリップ回路、24……
導線、26……導線、28……直流電流源、30……抵抗、32
……直流分除去回路、34……積分回路、36……高しきい
値検出回路（第１しきい値コンパレータ回路）、38……
低しきい値検出回路（第３しきい値コンパレータ回
路）、40……検出回路（第２しきい値コンパレータ回
路）、42……アンドゲート、44……ツェナーダイオー
ド、45……ツェナーダイオード、46……オアゲート、48
……電源回路、50……変流器、52……整流ブリッジ、54
……処理回路。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．しゃ断器の導線に流れる電流を表わす電流信号
   （ｉ）を発生する手段と、 前記電流の時間微分に比例する微分信号（di/dt）を生
   成する手段と、 前記電流信号（ｉ）を高しきい値と比較し、前記電流信
   号（ｉ）が前記高しきい値を越えたとき、即時トリップ
   信号を出力する第１比較手段（36）と、 前記微分信号（di/dt）が所定のしきい値を越え、かつ
   前記電流信号（ｉ）が低しきい値を越えたとき、トリッ
   プ信号を出力する第２比較手段（38,40,42）と を備えた、限流用しゃ断器の接点を高速開放するアナロ
   グ即時トリップ装置を有するしゃ断器のトリップ装置に
   おいて、 前記微分信号（di/dt）を生成する手段が、しゃ断器の
   導線によって構成される１次巻線及び前記微分信号（di
   /dt）を発生する２次巻線を有する空心トロイダルコイ
   ル（20）によって作られた電流センサからなり、 電流信号（ｉ）を発生する手段が、前記微分信号（di/d
   t）を積分する積分回路（34）からなり、 前記空心トロイダルコイル（20）の２次巻線に抵抗（3
   0）を介して並列に接続され、前記微分信号（di/dt）に
   直流電流信号（i₀）を重畳して第１電流信号（i₀＋di/d
   t）を発生する直流電流源（28）と、 前記第１電流信号（i₀＋di/dt）を入力し、その第１電
   流信号から直流成分を除去して第２電流信号を発生し、
   その第２電流信号を前記積分回路（34）の入力端子に加
   える処理回路（32）と をさらに備え、前記空心トロイダルコイル（20）が前記
   直流電流源（28）から開路されたとき、前記第１比較手
   段（36）が付加的にトリップ信号を発生する ことを特徴とするしゃ断器のトリップ装置。 ２．前記第２比較手段が、前記微分信号（di/dt）を前
   記しきい値と比較し、前記微分信号（di/dt）が前記し
   きい値を越えたとき、選択信号を発生する第１比較回路
   （40）と、前記電流信号（ｉ）を前記低しきい値と比較
   する第２比較回路（38）とからなり、前記第１比較回路
   （40）および前記第２比較回路（38）の出力端子が、前
   記第２比較手段の出力端子を構成する出力端子を有する
   アンドゲート（42）の入力端子に接続されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のしゃ断器のト
   リップ装置。 ３．前記アンドゲート（42）の出力端子及び前記第１比
   較手段（36）の出力端子が前記しゃ断器用のトリップリ
   レー（14）に接続されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第２項に記載のしゃ断器のトリップ装置。 ４．前記積分回路（34）、前記比較手段（36,38,40,4
   2）、及び前記直流電流源（28）に接続される前記抵抗
   （30）を支持する電子回路基板（22）をさらに備え、前
   記空心トロイダルコイル（20）が外部接続手段（24,2
   6）によって前記電子回路基板（22）に接続されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のしゃ断
   器のトリップ装置。 ５．多極しゃ断器のためのトリップ装置であって、各極
   が即時トリップ回路（20,22）に接続され、全ての即時
   トリップ回路の出力端子が、即時トリップ回路のうちの
   いずれか１つからの指令でしゃ断器にトリップを起こさ
   せるためにそのしゃ断器のトリップリレー（14）に接続
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載のしゃ断器のトリップ装置。 ６．長遅延及び短遅延の即時トリップ回路（18）を備
   え、このトリップ回路は、電流センサ（50）と、その電
   流センサから出力される信号を処理する処理回路（54）
   とを有し、事故時に長遅延又は短遅延のトリップ信号を
   出力し、前記長遅延及び短遅延の即時トリップ回路（1
   8）と前記即時トリップ回路（20,22）とに共通にトリッ
   プリレー（14）が設けられていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載のしゃ断器のトリップ装置。