JP3175434U - 直流高速度遮断器のアーク放電監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直流高速度遮断器で発生する重大事故に繋がるアーク放電の識別性を高める。
【解決手段】
アーク放電で出力される紫外線をフォトダイオード１４で受光して、検出信号を出力する検出回路１２と、検出回路１２に接続されて、検出信号が入力したときに応答スイッチ２６、２７をオンする第１リレー２２と、応答スイッチ２６がオンしたときに自己保持スイッチ２８、２９をオンして、警報ランプ３０を駆動する状態を継続させる第２リレー２４と、第２リレー２４への電源供給を遮断して、第２リレー２４の自己保持スイッチ２８，２９をオフ状態に復帰させる復帰スイッチ３２とを備え、フォトダイオード１４は、持続性のアーク放電で出力される紫外線に対する感度が他の放電で出力される紫外線に対する感度に比べて大きい狭帯域の感度特性を有する。
【選択図】図１

Description

本考案は、電気鉄道等に使用される直流高速度遮断器で発生するアーク放電の状態を監視するためのアーク放電監視装置に関する。

直流高速度遮断器（ＨＳＣＢ）は、電気鉄道等の直流機器に電力を供給する回路に使用される。大電流を遮断する場合には、接点にアーク放電が発生する。このアーク放電が持続すると、接点を溶融させて装置を損傷し、火災等の事故を誘発するおそれがある。そこで、従来、この接点に発生するアーク放電を光学的に検出するアーク放電監視装置が開発されている。

特開平６−２４３７６３号公報

既知の従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。無人で自動運転される直流高速度遮断器の場合、アーク放電監視装置から警報が発せられると、担当技術者が現場に駆けつける。誤検出が多いと担当技術者の負担が重くなる。直流高速度遮断器で発生するアーク放電には様々な性質のものがある。この中から重大事故に繋がるアーク放電を確実に識別して警報を発しなければならない。
上記の課題を解決するために、本考案は、直流高速度遮断器で発生するアーク放電の性質を考慮して、重大事故に繋がるアーク放電の識別性を高めた、直流高速度遮断器のアーク放電監視装置を提供することを目的とする。

以下の構成はそれぞれ上記の課題を解決するための手段である。
〈構成１〉
直流高速度遮断器による電流遮断時に発生するアーク放電で出力される紫外線をフォトダイオードで受光して、検出信号を出力する検出回路と、前記検出回路に接続されて、前記検出信号によって、自己保持スイッチをオンして、警報回路を駆動する状態を継続させるリレーと、前記リレーへの電源供給を遮断して、前記リレーの自己保持スイッチをオフ状態に復帰させる復帰スイッチとを備え、前記フォトダイオードは、持続性のアーク放電で出力される紫外線に対する感度が他の放電で出力される紫外線に対する感度に比べて大きい狭帯域の感度特性を有することを特徴とする直流高速度遮断器のアーク放電監視装置。

〈構成２〉
構成１に記載の直流高速度遮断器のアーク放電監視装置において、前記検出回路に接続されて、前記検出信号が入力したときに応答スイッチをオンする第１リレーと、前記応答スイッチがオンしたときに自己保持スイッチをオンして、警報回路を駆動する状態を継続させる第２リレーと、前記第２リレーへの電源供給を遮断して、前記第２リレーの自己保持スイッチをオフ状態に復帰させる復帰スイッチとを備え、前記フォトダイオードは、持続性のアーク放電で出力される紫外線に対する感度が他の放電で出力される紫外線に対する感度に比べて大きい狭帯域の感度特性を有することを特徴とする直流高速度遮断器のアーク放電監視装置。

〈構成３〉
構成１または２に記載の直流高速度遮断器のアーク放電監視装置において、前記フォトダイオードは、持続性のアーク放電で出力される紫外線以外の光線を減衰させる光学フィルタを備えたことを特徴とする直流高速度遮断器のアーク放電監視装置。

〈構成１の効果〉
アーク放電が発生したときに、それを他の放電と区別して、確実に検出して警報を発生させることができる。
〈構成２の効果〉
第１リレーと第２リレーにより、アーク放電が断続しても確実に警報を発生させることができる。
〈構成３の効果〉
紫外線以外の光線を減衰させる光学フィルタをフォトダイオードに取りつければ、識別性の高い感度特性が得られる。

実施例１の直流高速度遮断器のアーク放電監視装置を示す結線図である。 受光素子の感度特性を示す説明図である。 アーク放電監視装置１０の動作説明図である。 実施例２の直流高速度遮断器のアーク放電監視装置を示す結線図である。

以下、本考案の実施の形態を実施例毎に詳細に説明する。

図１は実施例１の直流高速度遮断器のアーク放電監視装置１０を示す結線図である。
この装置は、検出回路１２とこれにより制御される回路から構成される。検出回路１２は、フォトダイオード１４とその出力信号を電圧信号に変換するための抵抗器１８とを備える。フォトダイオード１４は、直流高速度遮断器の電流遮断時に発生するアーク放電で出力される紫外線を受光して、検出信号を出力する受光素子である。電源入力端子３６に図示しない直流電源が接続される。

このフォトダイオード１４はアーク放電検出のための固有の特性を有し、後で図２を用いてその詳細を説明する。アーク放電で出力される紫外線を検出回路１２が受光したときに出力される検出信号は、第１リレー２２に入力する。第１リレー２２は、この検出信号により駆動されて、応答スイッチ２６と２７をオンする回路である。

応答スイッチ２６がオンすると、第２リレー２４が動作する。第２リレーは、自己保持スイッチ２８と自己保持スイッチ２９とを駆動するように動作する回路である。復帰スイッチ３２は、常時オンしている。従って、自己保持スイッチ２８がオンすると、第２リレー２４は応答スイッチ２６がオフになっても動作状態を維持する。自己保持スイッチ２９がオンすると、警報ランプ３０が駆動される。

即ち、直流高速度遮断器の電流遮断時に発生するアーク放電で出力される紫外線が検出回路１２で検出されると、警報ランプ３０が点灯して、アーク放電の発生により図示しない継電器が動作したことを係員に伝える。継電器は、アーク放電の発生時に動作する各種の機器の制御に使用される。また、試験スイッチ３４をオンしておけば、警報ランプ３０を点灯させて、かつ、ブザー３１を鳴動させることができる。

また、試験スイッチ３５は試験のとき以外は、常時オンの状態にある。第１リレー２２が動作して、応答スイッチ２７がオンすると、継電器制御端子４０に接続された図示しない継電器を動作させる。これにより、アーク放電の発生を止めて、火災等を未然に防止する処理をすることができる。復帰スイッチ３２を手動でオフすると、第２リレー２４が動作を停止して、自己保持スイッチ２８と自己保持スイッチ２９とがオフの状態に復旧する。

図２は受光素子の感度特性を示す説明図である。
図の縦軸はフォトダイオード１４の検出信号レベル（電流ｍＡ）を示し、横軸は受光波長を示す。上記の実施例で使用するフォトダイオード１４は、この図に示すフォトダイオードは、ガリウム砒素半導体（Ｇａｐ）を使用したものである。波長が４５０ｎｍ（ナノメータ）付近の紫外線に対する感度が最大の狭帯域の感度特性５０を有する。

接点に銅を使用した直流高速度遮断器は、高熱で接点が損傷するような持続性のアーク放電が発生すると、３２０〜３３０ｎｍ付近の紫外線を放射する。一方、接点の断続時に発生して瞬時に消弧される放電は２００〜２３０ｎｍ付近の紫外線を放射する。図２のような特性のフォトダイオード１４を使用すると、両者の感度に２倍以上の開きがある。従って、持続性のアーク放電を他の放電と区別して高感度で検出できる。

直流高速度遮断器の接点に、例えば、タングステン等の、銅以外の金属を使用しているものもある。その場合には、持続性のアーク放電が発生したときに出力される紫外線の周波数が異なる。従って、接点の金属に応じてフォトダイオード１４を選択するとよい。なお、持続性のアーク放電で出力される紫外線以外の光線を減衰させる光学フィルタを用いて、フォトダイオード１４を覆うようにすれば、任意の周波数特性に設定することが可能である。

なお、３００ｎｍ付近に感度のピークを持つシリコンカーバイド半導体（ＳｉＣ）を使用したフォトダイオードも、狭帯域でこの用途に適することが確認された。使用環境に応じて適当なフォトダイオードを選択するとよい。本考案において、受光素子であるフォトダイオード１４は、持続性のアーク放電で出力される紫外線に対する感度が、他の放電で出力される紫外線に対する感度に比べて大きい。持続性のアーク放電を他の放電と明瞭に区別して、警報機を動作させることができる。

図３はアーク放電監視装置１０の動作説明図である。
図３（ａ）は、持続性のアーク放電で発生した紫外線の強度変化例を示す。この紫外線がフォトダイオード１４（図１）に入射したとき、図３（ｂ）に示すように、第１リレー２２が動作する。同時に継電器も作動する。

第１リレーが動作すると、図３（ｃ）に示すように、第２リレー２４も動作する。第１リレーは、アーク放電が弱まると動作を停止するが、第２リレー２４はそのまま動作状態を維持する。同時に図３（ｄ）に示すように警報ランプが点灯する。また、その後の復帰スイッチ３２の操作により、元の状態に復帰する。

こうして、持続性のあるアーク放電に対する感度がそれ以外の放電に対する感度よりも高い受光素子を使用して、誤作動をすることなく確実に遮断器を動作させることができる。従来はこの種の装置にセレン光電池を使用していたが、実験によれば、フォトダイオードは、セレン光電池と同等以上の性能を発揮し、高感度でアークを検出できることがわかった。

なお、上記の実施例では、第１リレーと第２リレーにより、アークの検出と警報の駆動を分担させ、アーク放電が断続しても確実に警報を発生させるようにした。しかしながら、第２リレーをタイマーリレーにして、検出信号が一定時間継続したら動作し、その後動作状態を自ら継続させることができるものにして、第１リレーを省略しても構わない。

図４は実施例２の直流高速度遮断器のアーク放電監視装置を示す結線図である。
図１を用いて説明したように、フォトダイオード１４を有する検出回路１２は、第１リレー２２をオンさせるための検出信号を出力する回路である、この検出回路１２は、第１リレー２２の構造に応じて設計される。その回路構成は任意である。

実施例１の回路（図１）では、フォトダイオード１４がアーク放電により発生する紫外線を検出すると、フォトダイオード１４に流れる電流が急増して、第１リレー２２をオンさせる。これに対して、実施例２の検出回路１２Ａは、フォトダイオード１４とその出力信号を電圧信号に変換する抵抗器１９とオペアンプ２０とを備える。この回路も、紫外線を検出すると第１リレー２２を流れる電流を増加させてオンさせる。実施例２の構成によれば、検出回路１２の内部インピーダンスを低くして、検出感度を高めることができる。

１０ アーク放電監視装置
１２ 検出回路
１４ フォトダイオード
１８ 抵抗器
１９ 抵抗器
２０ オペアンプ
２２ 第１リレー
２４ 第２リレー
２６ 応答スイッチ
２７ 応答スイッチ
２８ 自己保持スイッチ
２９ 自己保持スイッチ
３０ 警報ランプ
３１ ブザー
３２ 復帰スイッチ
３４ 試験スイッチ
３５ 試験スイッチ
３６ 電源入力端子
４０ 継電器制御端子

Claims (3)

1. 直流高速度遮断器による電流遮断時に発生するアーク放電で出力される紫外線をフォトダイオードで受光して、検出信号を出力する検出回路と、
   前記検出回路に接続されて、前記検出信号によって、自己保持スイッチをオンして、警報回路を駆動する状態を継続させるリレーと、
   前記リレーへの電源供給を遮断して、前記リレーの自己保持スイッチをオフ状態に復帰させる復帰スイッチとを備え、
   前記フォトダイオードは、持続性のアーク放電で出力される紫外線に対する感度が他の放電で出力される紫外線に対する感度に比べて大きい狭帯域の感度特性を有することを特徴とする直流高速度遮断器のアーク放電監視装置。
2. 請求項１に記載の直流高速度遮断器のアーク放電監視装置において、
   前記検出回路に接続されて、前記検出信号が入力したときに応答スイッチをオンする第１リレーと、
   前記応答スイッチがオンしたときに自己保持スイッチをオンして、警報回路を駆動する状態を継続させる第２リレーと、
   前記第２リレーへの電源供給を遮断して、前記第２リレーの自己保持スイッチをオフ状態に復帰させる復帰スイッチとを備え、
   前記フォトダイオードは、持続性のアーク放電で出力される紫外線に対する感度が他の放電で出力される紫外線に対する感度に比べて大きい狭帯域の感度特性を有することを特徴とする直流高速度遮断器のアーク放電監視装置。
3. 請求項１または２に記載の直流高速度遮断器のアーク放電監視装置において、
   前記フォトダイオードは、持続性のアーク放電で出力される紫外線以外の光線を減衰させる光学フィルタを備えたことを特徴とする直流高速度遮断器のアーク放電監視装置。

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