JP2899351B2 - 配電用半導体開閉装置 - Google Patents

配電用半導体開閉装置

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JP2899351B2 JP2081992A JP8199290A JP2899351B2 JP 2899351 B2 JP2899351 B2 JP 2899351B2 JP 2081992 A JP2081992 A JP 2081992A JP 8199290 A JP8199290 A JP 8199290A JP 2899351 B2 JP2899351 B2 JP 2899351B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は過電流が主線路に流れたときに回路を自己遮
断する機能を備えた配電用半導体開閉装置に関するもの
である。
(従来の技術) 現状の実用的な配電用負荷開閉装置は接点式のものに
限られており、短絡電流のような大きな過電流を遮断す
ることはできないため、配電線の過電流を遮断できるの
は変電所に設置された遮断器のみである。ところがこの
遮断器が作動すると健全区間まで一緒に停電してしまう
こととなるため、区分遮断のできる配電用の開閉装置が
望まれている。
こうした状況のなかで、パワーエレクトロニクス技術
の進展に伴い、短絡電流のような大きな過電流でも遮断
することができる半導体開閉装置が考案されている。こ
の装置は第12図に示されるように、主線路(25)に取付
けた変流器(26)によって過電流を検出し、過電流リレ
ー(27)が動作すると半導体開閉装置本体(29)を制御
するためのトリガパルス発生装置(28)のトリガパルス
出力を停止させるようにしたものである。
また、一般の過電流リレーを用いているので、過電流
と判定してからのリレー接点の動作時間が最低10〜20ms
ec程度かかり、熱的に弱い半導体スイッチにおいては過
電流が通電している期間に生じる発熱により電流遮断機
能を失ったり、極度の発熱により破壊に至るおそれがあ
った。
(発明が解決しようとする課題) 本発明は上記した従来の問題点を解決し、配電線を高
速開閉することができるとともに過電流が流れたときに
は高速で自己遮断することができ、しかも軽量小型であ
って任意の場所に設置することができる配電用半導体開
閉装置を提供するために完成されたものである。
(課題を解決するための手段) 上記の課題を解決するためになされた本発明の配電用
半導体開閉装置は、以下の各事項を特徴とするものであ
る。
主線路(1)の電流を常時監視する光変流器(4)を
内蔵させた半導体開閉装置本体(2)と、光変流器
(4)から光ファイバ(5)を介して取り出された電流
情報を電気信号に変換するO/E変換器(6)と、過電流
検出時に高速に停止信号を発するレベル判定装置(7)
と、半導体開閉装置本体(2)を制御するとともに上記
の停止信号を受けてトリガパルスの発生を緊急停止する
トリガパルス発生装置(8)とから構成される配電用半
導体開閉装置であって、前記各装置を筐体(9)に収納
し、主線路(1)を引き込むためのブッシング(10)を
その筐体(9)に設けたことを特徴とする。
また、前記前段に記載の配電用半導体開閉装置であっ
て、前記光変流器として主線路(1)を挿通するための
鉄心(12)とこれに直結するE/O変換器(13)とを3相
分を一体にモールドまたはパッケージングしたことを特
徴とするものである。
さらに、前記前段に記載の配電用半導体開閉装置であ
って、前記光変流器として主線路(1)を挿通するため
の鉄心(12)とこれに直結するE/O変換器(13)とを3
相分のうちに2相分を一体にモールドまたはパッケージ
ングするとともに、キルヒホッフの法則を利用して他の
1相の電流を算出する演算回路(15)を内蔵させたこと
を特徴とする。
また、前記前段に記載の配電用半導体開閉装置を短絡
電流検出用に用いるものであって、前記光変流器として
主線路(1)を挿通するための鉄心(12)とこれに直結
するE/O変換器(13)とを3相分のうちに2相分を一体
にモールドまたはパッケージングしたことを特徴とする
ものである。
(実施例) 以下に本発明を図示の実施例によって詳細に説明す
る。
第1図に示す実施例において、(1)は配電線である
主線路、(2)は半導体開閉装置本体であり、この半導
体開閉装置本体(2)はサイリスタのような半導体スイ
ッチ(3)のほかに、光変流器(4)を内蔵している。
光変流器(4)は主線路(1)の電流を常時監視するも
ので、その方式としては主線路の電流値に応じた変調で
LEDを発光させる方式と、ファラデー効果を利用した光
電流センサを用いる方式のいずれを用いることもでき
る。
本発明においては、レベル判定装置(7)として、ト
ランジスタを利用したコンパレータ回路を用いることに
より、極めて高速にトリガパルス発生回路に遮断試練を
伝えることを可能にした。
本発明の装置では、過電流が発生してから遮断終了ま
での動作時間Tは次の式で近似される。
T≒T1+T2+T3+T4 T1:光変流器の一次出力とO/E変換器の二次出力との時
間遅れ T2:レベル判定装置のレベル判定時間 T3:停止信号入力後、トリガパルスが停止するまでの
時間 T4:トリガパルスが停止してから半導体スイッチが遮
断完了するまでの時間 半導体スイッチ(3)がサイリスタで構成されている
場合には、逆並列接続されたサイリスタは1サイクルの
電流を交互に流すので、T<(電流サイクル時間)とす
ることにより各々のサイリスタには最大半波の過電流の
み通電されることとなり、各サイリスタの熱的な負担は
最も少なくすることができる。一般に(T1+T2)<(電
流半サイクル時間)とすればよい。電流1サイクルは商
用周波で16〜20msec程度と比較して極めて高速であると
いえる。
光変流器(4)の1方式としてLEDを発光させる方式
では、電流を検出する方法として貫通型の鉄心に二次巻
線を施したCTを用いる方法と、ホール素子を利用したCT
を用いる方法がある。なお、電流値に応じた変調でLED
を発光させるためには、V−FもしくはA−D変換等の
変調甘露を用いるが、この駆動のためには直流電源が必
要である。この電源を外部から供給したり電池を用いた
りする方法は絶縁上の問題および保守上の問題から好ま
しくない。従って第4図に示すように、主線路(1)を
流れる負荷電流から貫通型の鉄心に二次巻線を施した受
電用CT(4a)を介して非接触で電源パワーを得て整流し
て直流電源とすることが好ましい。
第1の実施例では光変流器(4)は電流値に応じた光
信号を光ファイバ(5)を通じて低圧側へ送り、電流値
の測定と電流波形の観測を低圧側で行うことができる。
この電流情報を含む光信号はO/E変換器(6)で電気信
号に変換されたうえ、レベル判定装置(7)によって過
電流の有無が判定される。そして過電流が検出されたと
きにはレベル判定装置(7)は停止信号を発し、半導体
開閉装置本体(2)の半導体スイッチ(3)に制御用の
トリガパルスを発信しているトリガパルス発生装置
(8)を緊急停止させる。この結果、半導体スイッチ
(3)の通電を維持するのに必要なトリガパルスは停止
され、半導体開閉装置本体(2)は停止信号が入力され
てから半サイクル以内に主線路(1)を流れる電流を遮
断することとなる。
なお、第1の実施例では光ファイバ(5)とO/E変換
器(6)とレベル判定装置(7)は半導体開閉装置本体
(2)の外部に設置されているが、これらは第2図に示
す実施例のように光変流器(4)とともに半導体開閉装
置本体(2)に内蔵させてもよい。またO/E変換器
(6)に外部出力端子を設けておけば、主線路(1)を
流れる電流を容易にモニタリングすることができ、配電
線の監視システムや配電線自動化システムへの接続に極
めて有効である。第5図に半導体開閉装置の外部出力を
配電線の監視システムに利用した例を示す。
このように構成された本発明の配電用半導体開閉装置
(2)によって主線路(1)を高速開閉できることは勿
論、主線路(1)に過電流が流れたときにはトリガパル
スの発生を高速に停止させて半導体開閉装置(2)を自
己遮断することができる。しかも本発明においては、主
線路(1)の電流の検出手段として光変流器(4)を使
用し、光ファイバ(5)を通じて高圧課電部の電流情報
を光信号として低圧回路部へ取り出すようにしたので、
従来の変流器とは異なり厳重な絶縁を必要としない。こ
のために本発明によれば装置全体を著しく小型化するこ
とができ、配電線路の各部に配置して区分遮断を行わせ
るに好適なものである。
以下に本発明の配電用半導体開閉装置の具体的な構造
について説明する。
第6図に示すように、本発明の装置は筐体(9)の内
部に収納されブッシング(10)を介して主線路(1)を
引き込む構造となっている。このため、各相に分離して
本装置を取り付けることのほか、第7図に示すような3
相光変流器モジュール(11)により鉄心(12)とE/O変
換器(13)とを3相分一体にモールドまたはパッケージ
ングし、第6図のように筐体(9)内に取付けるように
すれば取付構造を簡素化することもできる。各相の出力
をO/E変換後、3相合成して零相電流を検出することは
勿論のこと、第8図に示すように、3相の各鉄心(12)
に3相加算回路(14)を付加し、零相電流値を得ること
もできる。この場合には3相の各導体から電流情報を取
り出しているが、キルヒホッフの法則を利用すると、 C相電流=−(A相電流+B相電流) の式により2相の電流情報から他の1相の電流を知るこ
とができる。第9図はこの原理を利用した3相光変流器
モジュール(11)を示したもので、上記の演算を行わせ
るための演算回路(15)を内蔵させてある。第9図の例
では構造が更に簡略化される利点がある。
短絡電流のみを検出する目的の場合には、2相分の電
流を検出すれば目的が達せられるので、第10図のように
2相光変流器のみの構成としてもよく、構造を最も簡素
なものとすることができる。このほか、零相変流器を共
にモジュール化したものとして、第11図のように地絡検
出用鉄心(16)を組み込むこともできる。
更に、筐体(9)の内部に絶縁用ガスを封入した場合
には、O/E変換器(6)が半導体開閉装置本体に内蔵さ
れない構成では第6図(B)に示すように光気密アダプ
タ(17)を介して外部光ファイバと接続することとな
る。また筐体(9)の内部の半導体ユニットが光で駆動
される回路である場合には駆動用の光ファイバを接続す
るためにも光気密アダプタが必要となるが、筐体の2箇
所に光気密アダプタ(17)を取付けることは信頼性およ
びコストの面で不合理である。このため第6図(B)に
拡大して示したように、単一の光気密アダプタ(17)に
変流器用コネクタ(18)と駆動用コネクタ(19)とを一
体に組み込むことが好ましい。
(発明の効果) 本発明は以上に説明したように、主線路を高速開閉す
ることができることは勿論、過電流が流れたときにはこ
れを光変流器で検出して高速に自己遮断することができ
る。しかも本発明においては主線路を流れる電流を検出
するために光変流器を利用したので装置全体を著しく軽
量かつ小型化することができ、設置場所を選ばないので
配電線路上の要所に配置して区分遮断を行わせることが
できる。よって本発明は従来の問題点を一掃した配電用
半導体開閉装置として、産業の発展に寄与するところは
極めて大である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を示す回路図、第2図は
第2の実施例を示す回路図、第3図は第3の実施例を示
す回路図、第4図は主回路を流れる電流を利用して非接
触で変調回路用の電源を得る方法を示す説明図、第5図
は半導体開閉装置の電流情報外部出力端子を利用したシ
ステム構成の一例を示す回路図、第6図は筺体内部への
具体的な組み込み状態を示すもので、(A)は平面図、
(B)は正面図、第7図〜第11図はモジュール化された
光変流器の各種の態様を示す正面図、第12図は従来例を
示す回路図である。 (1):主線路、(2):半導体開閉装置本体、
(4):光変流器、(5):光ファイバ、(6):O/E変
換器、(7):レベル判定装置、(8):トリガパルス
発生装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−178370(JP,A) 特開 昭58−63264(JP,A) 特開 昭60−180418(JP,A) 実開 昭59−127171(JP,U) 実開 昭59−98555(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02H 3/08 - 3/253

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】主線路(1)の電流を常時監視する光変流
    器(4)を内蔵させた半導体開閉装置本体(2)と、光
    変流器(4)から光ファイバ(5)を介して取り出され
    た電流情報を電気信号に変換するO/E変換器(6)と、
    過電流検出時に高速に停止信号を発するレベル判定装置
    (7)と、半導体開閉装置本体(2)を制御するととも
    に上記の停止信号を受けてトリガパルスの発生を緊急停
    止するトリガパルス発生装置(8)とから構成される配
    電用半導体開閉装置であって、前記各装置を筐体(9)
    に収納し、主線路(1)を引き込むためのブッシング
    (10)をその筐体(9)に設けたことを特徴とする配電
    用半導体開閉装置。
  2. 【請求項2】主線路(1)の電流を常時監視する光変流
    器(4)を内蔵させた半導体開閉装置本体(2)と、光
    変流器から光ファイバ(5)を介して取り出された電流
    情報を電気信号に変換するO/E変換器(6)と、過電流
    検出時に高速に停止信号を発するレベル判定装置(7)
    と、半導体開閉装置本体(2)を制御するとともに上記
    の停止信号を受けてトリガパルスの発生を緊急停止する
    トリガパルス発生装置(8)とから構成される配電用半
    導体開閉装置であって、前記光変流器として主線路
    (1)を挿通するための鉄心(12)とこれに直結するE/
    O変換器(13)とを3相分を一体にモールドまたはパッ
    ケージングしたことを特徴とする配電用半導体開閉装
    置。
  3. 【請求項3】請求項2に記載の配電用半導体開閉装置で
    あって、前記3相のそれぞれの鉄心(12)に3相加算回
    路(14)を付加した配電用半導体開閉装置。
  4. 【請求項4】主線路(1)の電流を常時監視する光変流
    器(4)を内蔵させた半導体開閉装置本体(2)と、光
    変流器から光ファイバ(5)を介して取り出された電流
    情報を電気信号に変換するO/E変換器(6)と、過電流
    検出時に高速に停止信号を発するレベル判定装置(7)
    と、半導体開閉装置本体(2)を制御するとともに上記
    の停止信号を受けてトリガパルスの発生を緊急停止する
    トリガパルス発生装置(8)とから構成される配電用半
    導体開閉装置であって、前記光変流器として主線路
    (1)を挿通するための鉄心(12)とこれに直結するE/
    O変換器(13)とを3相分のうちに2相分を一体にモー
    ルドまたはパッケージングするとともに、キルヒホッフ
    の法則を利用して他の1相の電流を算出する演算回路
    (15)を内蔵させたことを特徴とする配電用半導体開閉
    装置。
  5. 【請求項5】主線路(1)の電流を常時監視する光変流
    器(4)を内蔵させた半導体開閉装置本体(2)と、光
    変流器から光ファイバ(5)を介して取り出された電流
    情報を電気信号に変換するO/E変換器(6)と、過電流
    検出時に高速に停止信号を発するレベル判定装置(7)
    と、半導体開閉装置本体(2)を制御するとともに上記
    の停止信号を受けてトリガパルスの発生を緊急停止する
    トリガパルス発生装置(8)とから構成される短絡電流
    検出用の配電用半導体開閉装置であって、前記光変流器
    として主線路(1)を挿通するための鉄心(12)とこれ
    に直結するE/O変換器(13)とを3相分のうちに2相分
    を一体にモールドまたはパッケージングしたことを特徴
    とする配電用半導体開閉装置。
  6. 【請求項6】請求項5に記載の短絡電流検出用の配電用
    半導体開閉装置に、前記2相分の鉄心(12)と第3相と
    の全体を挿通する地絡検出用鉄心(16)を組み込み地絡
    電流検出可能とした配電用半導体開閉装置。
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