JP2680871B2 - 付加接地事故モジュール - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、一般に、過電流保護装置に関し、より詳細
には、接地事故電流（いわゆる、地絡電流）が検出され
ると自動的にトリップされるサーキットブレーカに接続
するために特に適合された接地事故モジュールに関す
る。

背景技術 接地事故（地絡事故）状態が生じると、結果として、
電源から負荷に流れ及び負荷から流れる電流にアンバラ
ンス、すなわち不均衡が生じる。従来この不均衡を検出
する１つの方法は、開口、すなわち“窓”を有する変圧
器を利用しており、この開口（窓）を通して、回線の導
線が通過させられ、該変圧器には、リレーが接続された
状態であり、このリレーは、接地事故状態が生じたとき
にはいつでも回路を遮断するように作動される。

接地事故を検出する各種の他のタイプの研究が提案さ
れており、相電流変圧器の２次巻線を総計回路内に相互
接続し、この結果、接地事故状態が存在しないときに出
力が０になる。しかしながら、もし２次回路の総計が０
でないならば、接地事故状態が存在し、そして、各種の
ソリッドステート回路はこの接地事故状態をリレー作動
回路ブレーカのトリップ信号として利用するように提案
された。

過負荷から短絡までにわたる過電流状態に応答する産
業上のサーキットブレーカは、一般的であり、多くの応
用をもつ。これらの装置の多くは、また、検出装置を含
み、接地事故状態を検出するようにし、及び、このよう
な接地事故状態が生じたときにサーキットブレーカを作
動させるようにする。

発明の概要 本発明によれば、付加（Add−on）接地事故検出シス
テムが発展させられ、このシステムは、普通のシャント
（shunt）トリップ作動回路ブレーカの入力に直接に付
加されて接続させ得る。接地事故検出システムは、主変
圧器から構成され、この主変圧器は、関連するサーキッ
トブレーカに続く導線に直接に接続された１次巻線と、
１次巻線におけるどんな不均衡をも検出する少なくとも
１つの２次巻線であっても、もし入力の総計が０でない
ならば出力を生じるような２次巻線とを有する。その出
力は、電子回路を通って処理され、そして、サーキッド
ブレーカのシャントトリップソレノイドを作動させる電
源になる。

システムは、また、第４のすなわち中性線に対する別
個の変圧器を使用している４線電気システムに使用され
るように設計され、別個の変圧器の出力は２次巻線に接
続され、主変圧器の出力と総計される。変圧器の第３の
２次巻線はテスト機能を与え、それゆえテスト電圧が印
加され、この結果、電流の流れが接地事故をシミュレー
とし、１次導線において不均衡な電流状態を生じさせる
ようにする。

より詳細には、本発明の接地事故検出システムの１つ
の実施例は、総計変圧器を含み、この総計変圧器は、３
つの１次巻線、及び、３つの２次巻線を有するととも
に、関連する電子回路を有する。２次巻線の１つは、３
つの１次巻線における電流の不均衡を検出する。電子回
路は、１つの２次巻線に接続され、該１つの２次巻線が
３つの１次巻線における電流の不均衡を検出すると、出
力を供給する。電子回路は、スイッチ制御される回路を
含み、このスイッチ制御回路は、選択的にターン“オ
ン”、ターン“オフ”して、周期的に総計変圧器を比較
的低い抵抗負荷にし、ネット回路電流フローを測定する
ようにする。電子回路は、また、電圧調整器を含み、こ
の電圧調整器は、総計変圧器からの電流フローの測定の
前に、確実に電圧を予め選択された状態にする。もし、
総計変圧器における電流フローが予め選択された期間あ
るレベルを越えるならば、電流フローは、サーキットブ
レーカのシャントトリップを作動するソレノイドを励磁
するように使用される。

電子回路は、また、ピックアップ回路を含んでもよく
このピックアップ回路は、信号を開始させてトリップ信
号を時間遅延回路に与え、その後に、トリップエネルギ
をソレノイドに与えるようにする。電子回路は、また、
制止回路を含んでもよく、この制止回路は、接地事故検
出システムの上流に配置されたサーキットブレーカに信
号を与えて、接地事故検出システムに関連されたサーキ
ットブレーカを隔離するようにする。

接地事故検出システムは、また、中性線とともにある
いは中性線なくして３相電気システムに使用されるよう
に設計される。中性線を有するシステムの場合には、中
性線のための別個の変圧器が設けられ、そして、中性線
は、総計変圧器の２次巻線の１つに電気的に接続されて
いる。中性線のどんな電流フローも総計変圧器の２次巻
線に伝達され、それから、電子回路に関連された２次巻
線により検出される。電子回路は、また、総計変圧器の
２次巻線の１つに関連されたテストスイッチ手段を含ん
でもよく、この結果、関連する電源は、変圧器に印加さ
れ、１次巻線に不均衡を生じさせ、及び、接地事故状態
をシミュレートするようになる。

図面の簡単な説明 第１図は、接地事故検出システムの一部を構成する電
子回路をブロックの形成で示す概略図、 第２図は、付加モジュール及び関連するサーキットブ
レーカの斜視図、及び、 第３図は、接地事故電子回路の詳細な図である。

実施例の詳細な説明 本発明は、多くの異なる形式の実施例が可能である
が、本発明の好適な実施例が図面に示され、ここで詳細
に述べられ、この開示は、本発明の原理の例として認め
られるべきであり、及び、本発明の広い態様を図示され
た実施例に限定するのを意図されていないという理解が
なされる。

第２図を参照して、参照番号10で示される付加接地事
故モジュールは、普通のシャントトリップ作動回路ブレ
ーカ（以下、サーキットブレーカという。）12に相互接
続され、このサーキットブレーカ12は、過負荷状態の場
合にサーキットブレーカ12を遮断するシャントトリップ
ソレノイドを含む。サーキットブレーカ12は、スクエア
Ｄ会社（Square D Company）により販売されるタイプの
ものであってもよく、回路を遮断するシャントトリップ
ソレノイド（図示せず）に加えて、マニュアルスイッチ
14を含む。サーキットブレーカ12は、普通であるよう
に、サーキットブレーカ12の入力ソケット（図示せず）
を介してOFF側に接続される３つの導線A,B,及びＣを含
む。

本発明の１つの態様によれば、付加モジュール（以
下、モジュールという。）10は、サーキットブレーカ12
の入力ソケットに受け入れられる標準ラグ（図示せず）
を含み、そして、モジュール10は、３相電気システムの
各導線A,B,及びＣを受け入れる３つの入力端子16を 有する。モジュール10は、第２図において番号１〜８が
付された複数のコネクタ端子を有し、これらのコネクタ
端子１〜８は、第１図に示された回路に接続されてい
る。

モジュール10内に組み込まれる電子回路は、第１図に
概略的に示されている。この回路は、変圧器T1を含み、
該変圧器T1は、３つのAC電源線A,B,及びＣに接続される
１次巻線N4,N5,N6を有する。

変圧器T1は、また、３つの２次巻線N1,N2,及びN3を有
する。

２次巻線N3は、導線30及びスイッチ32を介してモジュ
ール10の外部端子７及び８に接続され、後述するよう
に、テスト機能を与えるようにする。２次巻線N2は、導
線34によりモジュール10の端子５及び６を介して中性変
圧器T2の２次巻線36に接続可能である。変圧器T2は、そ
の１次巻線Ｎが中性線（図示せず）に接続されている。
第１の２次巻線N1は、２次巻線N4、N5及びN6、あるいは
中性巻線Ｎのいずれか１つの接地事故状態を検出する検
出器として使用される。

２次巻線N1は、全波ブリッジ整流器（以下、整流ブリ
ッジという。）CR1を介して、参照番号40により示され
る電子回路に接続される。電子回路40は、電圧調整器V
R、スイッチ制御回路43、第１及び第２のスイッチ及び
関連回路S1,S2,コンデンサC1、時間遅延回路50、ピック
アップ回路52、及び、制止出力回路54を含む。前記電子
回路49は、整流ブリッジCR1と、サーキットブレーカ12
の一部を構成するシャントトリップソレノイドSTSとの
間に結合されている。整流ブリッジCR1は、また、ダイ
オードCR2及び導線58を介して、シャントトリップソレ
ノイドSTSに接続されている。

電子回路40の各種の部品及び機能的実施例は、第３図
により詳細に図示されている。第３図において、整流ブ
リッジCR1からの出力は、ダイオードCR2を介してスイッ
チ制御回路43に結合されている。ダイオードCR2は、抵
抗R1を介して電圧調整部品U1に接続し、及び、リード線
L1を介して各種の他の部品に接続する。

コンデンサC1は、スイッチ制御回路43の入力の両端に
接続されている。整流ブリッジCR1からの入力は、コン
デンサC1の両端に印加され、また、制御回路43のツェナ
ーダイオード21及び直列接続された抵抗R2、R3の両端に
印加される。ツェナーダイオード21のカソードは、リー
ド線58に接続され、そして、ツェナーダイオード21のア
ノードは、直列接続された抵抗R2、R3,R5及びR6−７を
介して、リード線L1に接続されている。抵抗R2とR3との
接続部はスイッチ制御回路43のコンパレータU2−１の非
反転入力端子９に正続され、抵抗R5とR6−７との接続部
はコンパレータU2−１の反転入力端子８に接続されてい
る。参照電圧は、電圧調整器U1から抵抗R6−７を介して
コンパレータU2−１に接続される。

コンパレータU2−１の出力は、逆接続ダイオードCR3
を介してNPNトランジスタQ2のベースに接続され、この
トランジスタQ2は第１のスイッチS1の一部を構成する。
第１のスイッチS1は、PNPトランジスタQ1を駆動するト
ランジスタQ2を含む。トランジスタQ1のエミッタは、後
述する目的のために、リード線60を介して整流ブリッジ
CR1に接続されている。トランジスタQ1のコレクタは、
抵抗R9とR10との接続部に接続されている。

ピックアップ回路52は、第１のスイッチS1と第２のス
イッチS2との間に接続され、また、第１のスイッチS1と
制止回路54との間に接続されている。ピックアップ回路
52のコンパレータU2−２は、その出力がダイオードCR6
を介して第２のコンパレータU2−３の反転入力７に接続
されている。制止回路54は、コンパレータU2−３からの
イネーブル信号を受け、出力制止信号をNPNトランジス
タQ4を介して与える。

コンデンサC4及びコンパレータU2−４は、時間遅延回
路50の一部を構成する。

第３図において、約5Vが電圧調整器U1から抵抗R5R6−
７との接続部に印加され、それゆえ、コンパレータU2−
１の反転端子８に印加される。コンデンサC1が充電して
いる状態であるとする。この状態において、低電圧は、
コンパレータU2−１の非反転入力９に印加され、そし
て、コンパレータU2−１の出力は低い。コンデンサC1が
充電するにつれて、コンパレータU2−１の非反転入力９
への電圧は反転入力８での参照電圧を越え、コンパレー
タU2−１の出力は低出力から高出力に変化する。これ
は、コンデンサC1の電圧充電が約48Vの予め定められた
レベルに達したときに生じる。

コンパレータU2−１の状態変化の結果として、スイッ
チS1のトランジスタQ2は非導通状態から導通状態に変化
し、これにより、スイッチS1とトランジスタQ1は非導通
状態から導通状態に変化する。トランジスタQ1が導通す
ると、非常に低い抵抗負荷がリード線60を介して総計変
圧器T1に置かれる。トランジスタQ1が導通してる間に、
総計変圧器T1は、ネット電流フローを正確に測定する。
２次巻線N1からの電流は、トランジスタQ1及び抵抗R9を
介して入力としてリレーピックアップ回路52に流れる。
抵抗R9の両端に生じる結果としての電圧は、コンパレー
タU2−２の非反転入力５に接続される。コンデンサC6
は、抵抗R10に関して、高周波ノイズに対する電気フィ
ルタどして作用する。

回路が電流を測定している間に、電源はコンデンサC1
により回路に供給される。コンデンサC1が約44ボルトの
より低い電圧に放電するとコンパレータU2−１は状態を
変化させ、これにより、トランジスタQ1は導通状態から
非導通状態に変化する。これにより、再び、コンデンサ
C1は48ボルトの最大電圧に再充電できる。

U1、抵抗R1,及びコンデンサC8を含む電圧調整器の作
動は次のようになされ、すなわち、コンパレータU2−
１、及びトランジスタQ1,Q2の状態の変化の前に、電流
調整器の出力が調整電圧に達するようになっていること
に気付かれたい。

ピックアップ回路52のコンパレータU2−２の非反転端
子５にあらわれる測定信号電圧の値がコンパレータU2−
２の反転入力端子４にあらわれる基準電圧を越えると、
コンパレータU2−２の出力は低出力から高出力に変化す
る。この結果、時間遅延回路50のコンデンサC3が変化す
る。コンデンサC3は、ダイオードCR6を介して充電され
る。また、コンデンサC3はピックアップ回路52のコンパ
レータU2−３の反転入力７に接続されており、コンデン
サC3が充電するとコンデンサC3によりコンパレータU2−
３は低出力から高出力に変化する。コンパレータU2−３
からの高出力により、NPNトランジスタQ4は導通し、上
流のサーキットブレーカに制止信号を与えるようにす
る。もし、コンパレータU2−３からのピックアップ出力
が高いままであるならば、回路は以下に説明されるよう
に時間遅れの終わりでシャントトリップソレノイドSTS
にトリップエネルギを与える。

ピックアップが生じると、時間遅延回路50のコンデン
サC4は、抵抗R6−２及び直列の抵抗R15、ダイオードCR8
を介して充電するのを許可される。また、コンデンサC4
は抵抗R9の両端にあらわれる事故電流から電荷成分を受
ける。この電流は抵抗R14及びダイオードCR7を介して流
れる。この第２の電流経過は、事故電流が増加するにつ
れて時間遅れを減少させる。ダイオードCR9は、非常に
高い事故レベルで抵抗R9からの寄与を制限する。時間遅
れはR15の値を調整することにより変化させられる。も
し、ピックアップ信号が高いままであるならび、コンデ
ンサC4は基準電圧に充電し、この基準電圧はコンパレー
タU2−４の非反転端子ピン10に印加され、スイッチS2に
出力を与えるようにする。コンパレータU2−４からのこ
の正の出力信号は、抵抗R23及びリード線L3を介してFET
Q3のゲートに印加され、これにより、FETQ3を非導通状
態から導通状態に変化させる。これにより、コンデンサ
C1は、シャントトリップソレノイドSTS及びトリップイ
ンディケータソレノイドT15を介して放電でき、この結
果、サーキットブレーカのトリップが生じ、かつ、トリ
ップ事象が示される。

コンパレータU2−２の出力が低電圧レベルから高電圧
レベルになると、これによりコンパレータU2−３の出力
が変化し、続いてトランジスタQ4は導通する。これは、
制止回路54の抵抗R24の両端の５ボルト信号を発展させ
る。それゆえ、接地事故が検出されたピックアップが超
過されるときはいつでも、制止回路54の出力は上流のブ
レーカに基準制止出力電圧を与える。

本発明は、好適な実施例を参照しながら述べられた
が、本発明のより広い態様から逸脱することなく、各種
の変更がなされてもよく、かつ本発明の要素を均等なも
のと交換してもよいことが当業者に理解される。また、
本発明を実施するように意図された最適モードとしてこ
こに述べられた特定の実施例の詳細を特定していない広
い請求の範囲が、このような態様に限定されるべきでな
いことが意図される。更に、本発明の一般に特に請求さ
れる詳細は、好適な例において本発明の重要な特定の態
様を構成するが、含まれる特定の請求の範囲でさえ、均
等の原理に照らして解釈されるべきである。

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子回路ブレーカに接続可能であり、前記
   電子ブレーカを流れる電流が通過する３個の１次巻線
   （N4、N5、N6）と、前記３個の１次巻線と電磁的に結合
   する第１の２次巻線（N1）と、ACテスト電源に選択的に
   接続可能な第２の２次巻線（N3）と、を有する総計変圧
   器（T1）と、 前記ACテスト電源を前記第２の２次巻線（N3）に接続す
   るためのスイッチ（32）と、 前記第１の２次巻線（N1）に接続され、前記１次巻線
   （N4、N5、N6）及び前記第１の２次巻線（N1）の電流出
   力を検出し、前記１次巻線（N4、N5、N6）の不均衡な電
   流状態に起因して前記第１の２次巻線（N1）に流れるネ
   ット電流フローに比例する出力を供給する電子回路（4
   0）と、を備えている接地事故検出システム（10）であ
   って、 前記電子回路（40）が： コンデンサ手段（C1）と、 低い抵抗負荷（R9）と、 前記コンデンサ手段（C1）が参照電圧値に充電された際
   に、前記抵抗負荷（R9）を前記総計変圧器（T1）に結合
   させる第１のスイッチ手段（S1）と、 前記抵抗負荷（R9）に現れ、前記ネット電流フローを示
   す測定電圧を検出するためのリレーピックアップ回路
   （52）と、 前記リレーピックアップ回路（52）からの信号に応答し
   て動作し、予め設定された時間遅れを与える時間遅延手
   段（50）と、 トリップリレー（T15）と、 前記リレーピックアップ回路（52）によって起動され、
   前記トリップリレー（T15）を介して前記コンデンサ手
   段（C1）を放電させる第２のスイッチ手段（S2）と、 を備え、 前記コンデンサ手段（C1）は、前記電子回路（40）が前
   記ネット電流フローを測定している間に、前記電子回路
   （40）に電力を供給するとともに、これによって放電
   し、且つ、 前記リレーピックアップ回路（52）は、基準電圧値より
   も大きな前記測定電圧に応答して起動されるように構成
   されていることを特徴とする接地事故検出システム。
2. 【請求項２】前記基準電圧値よりも大きな前記測定電圧
   に応答して動作し、上流の回路ブレーカに制止信号を供
   給する制止回路をさらに備えていることを特徴とする請
   求項１に記載の接地事故検出システム。
3. 【請求項３】回路ブレーカのトリップソレノイドにエネ
   ルギーを供給するための事故時に駆動される接地事故遮
   断システムにおいて、 ２次巻線（N1、N2）を有し、不均衡な電流状態に起因し
   て前記２次巻線（N1、N2）に流れる接地事故電流を示す
   信号を発生させる電流変換手段（T1）と、 前記２次巻線（N1）に結合され、前記信号を整流するこ
   とによってDC電圧を発生させる整流手段（CR1）と、 当該整流手段（CR1）に結合されるコンデンサ（C1）
   と、 前記接地事故電流に応答してトリップ信号を発生させる
   測定手段（52）と、 前記コンデンサ（C1）に結合され、前記トリップ信号に
   応答して、トリップソレノイド（STS）に動作電流を供
   給するスイッチ手段（S2）と、 前記コンデンサ（C1）と前記測定手段（52）との間で、
   前記整流手段（CR1）からのDC電圧を選択的に切り替
   え、前記コンデンサがDC動作電圧を前記測定手段に供給
   できるようにするための手段（S1）と、を備えているこ
   とを特徴とする接地事故遮断システム。
4. 【請求項４】前記電流変換手段（T1）が、前記２次巻線
   （N1、N2）に結合された３個の１次位相巻線（N4、N5、
   N6）と、前記２次巻線（N1、N2）に電気的に結合された
   中性電流変換器（T2）とを備えていることを特徴とする
   請求項３に記載の接地事故遮断システム。
5. 【請求項５】前記コンデンサ（C1）に結合され、前記DC
   動作電圧を調整するための電圧調整手段（U1）と、 当該電圧調整手段（U1）と直列で、前記コンデンサ（C
   1）の両端の電圧が所定値に減少した際に、前記選択的
   切り替え手段（S1）を作動させ、前記コンデンサ（C1）
   を前記整流手段（CR1）に結合させる制御手段（43）
   と、 をさらにに備えていることを特徴とする請求項４に記載
   の接地事故遮断システム。
6. 【請求項６】前記測定手段（52）が、 前記接地事故電流を検出するピックアップ回路手段と、 当該ピックアップ回路手段に結合され、当該ピックアッ
   プ回路手段の出力を統合し、前記スイッチ手段（S2）を
   動作させ、前記トリップソレノイド（STS）を介する前
   記コンデンサの放電通路を形成する放電手段と、を備え
   ていることを特徴とする請求項５に記載の接地事故遮断
   システム。
7. 【請求項７】前記ピックアップ回路手段に結合され、前
   記接地事故電流を検出したことを示す信号を発生させる
   ための制止回路（54）をさらに備えていることを特徴と
   する請求項６に記載の接地事故遮断システム。