JP3868522B2 - １個以上の変流器を備える引きはずし装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一次電流が流れている被保護回路の導線と関係づけられており、被保護回路の導線を取り囲む主磁気回路、１個以上の二次巻線、および、二次巻線の心を形成する主磁気回路の部分を含む１個以上の変流器と、
前記変流器の二次巻線に接続された処理装置とを含む引きはずし装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
公知の引きはずし装置では、変流器は、関係する電気・電子回路の装置電源動作に必要な電力を供給する。変流器は保護される電源回路に備え付けられる。変流器は、非常に強い一次電流に比例した低強度の二次電流を電子引きはずし装置に供給する。
【０００３】
技術水準の方式では、交流二次電流は、直流電圧を引きはずし回路に供給するために、整流および調整される。引きはずし回路の消費量は安定しているか、ごくわずかに変動するにすぎないので、変流器によって供給された過剰エネルギは、調整回路および変流器自体によって散逸される。
【０００４】
一般に、最小動作二次電流は、引きはずし回路の消費量に相当する。引きはずし装置がしゃ断器に備え付けられている場合、その作動は通常、定格電流の０．１〜１０倍の間で保証されなければならない。
【０００５】
これらの装置は、熱に変換される過剰エネルギを散逸させるために適切な大きさの寸法の変流器を備えなければならない。同じ理由で、調整回路の電力構成部品は、過度に大規模となり、大容積の冷却装置に備え付けなければならない。
【０００６】
飽和鉄心変流器は、高電流時の二次電流を低下させ、調整回路に供給される電力を制限することを可能にする。しかし、飽和鉄心変流器の動作は、大きさおよび過熱の問題を、引きはずし装置の全動作範囲にわたって効果的に解決することはできない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、強い一次電流の時に低減された電力を供給する１個以上の変流器を含む引きはずし装置を得ることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、二次巻線の心となる主磁気回路の一部で接続された磁気分路であって、その分路の断面を局所的に縮小させた全体的または部分的空隙を含む磁気分路を変流器が備えることによって達成される。
【０００９】
前記変流器の電流応答は、全動作範囲において線形ではない。
【００１０】
本発明の好ましい実施例によれば、前記磁気分路は、一次導線と二次巻線との間に位置する。
【００１１】
１実施例では、空隙に近い磁気分路の断面は、二次巻線の心の位置における磁気回路の断面よりも大きい。
【００１２】
空隙の大きさは、分路断面の異なる場所で変化させることができる。
【００１３】
空隙は、好ましくは、磁気分路の中央または分路と主磁気回路との間に配置することができる。
【００１４】
本発明の発展によれば、分路および主磁気回路は単一部品を形成する。
【００１５】
好ましくは、１個以上の二次巻線は電磁しゃへいを備える。
【００１６】
本発明の１実施例に従った装置では、本質的に電気動作電力を供給する前記変流器は、電流測定センサと関係づけられる。その電流測定センサは、好ましくは、ロゴスキートロイドである。
【００１７】
本発明に従った装置は、特に、しゃ断器において使用されるように設計されている。
【００１８】
他の利益および特徴は、添付図面において非限定的な例示としてのみ示した、本発明の個々の実施例に関する以下の説明によって、より明白となるであろう。
【００１９】
【実施例】
図１のブロック図は、過負荷または短絡から電気電源装置１を保護するためのしゃ断器に備え付けられた引きはずし装置を示す。引きはずし装置によって作動するしゃ断器の接点２は、電源装置の導線の電流の断続を行う。接点２の開動作は、リレー３によって制御される。
【００２０】
引きはずし装置は、処理装置２５の電子回路の動作に必要な電力を供給するために、電源装置の導線と関係づけられた変流器４ａ，４ｂおよび４ｃを含む。変流器の二次巻線は、変流器の二次巻線によって供給される交流を整流し、１種以上の調整された直流電圧を供給する電源回路５に接続されている。例えば、第１の直流電圧Ｖ１は、測定回路６および処理回路７に供給され、第２の直流電圧Ｖ２はリレー３に供給される。処理装置２５は、リレー３ならびに回路５，６および７を含む。
【００２１】
電源装置の導線に関係づけられた電流測定センサ８ａ，８ｂおよび８ｃは、測定回路６に接続された二次巻線を有する。測定回路６は、センサ８ａ，８ｂおよび８ｃから入力する導線の電流に対応する信号を増幅し、整形する。その後、測定回路６はそれらの信号を処理回路７へ送信する。処理回路７は、導線の電流に対応する信号が所定の時間の間に所定のしきい値を超えた場合に、引きはずし命令９を送信する。センサ８ａ，８ｂおよび８ｃは、例えば、測定用変成器、ロゴスキートロイドまたはホール効果セルとすることができる。
【００２２】
図２は、変流器４ａ，４ｂおよび４ｃとして使用できる公知の変流器を示す。この公知の変流器は、磁気回路１０、コイル１１で表現された二次巻線および２本の出力線１２を備える。一般に積層金属板によって形成される磁気回路は、変流器の一次電流が流れている電源装置１の導線１３を完全に取り囲んでいる。磁気回路１０の一部１４は、二次巻線の中心を通っており、コイル１１の心を成している。
【００２３】
図２のような変流器は、広範な動作範囲にわたり、好適に線形の電流応答を有する。一次電流が増加すれば二次電流も同様に増加し、過剰電力の大部分は変流器および電源回路５において散逸させられる。
【００２４】
本発明に従えば、図１の引きはずし装置の変流器４ａ，４ｂおよび４ｃは、空隙を備えた磁気分路を含む変流器である。
【００２５】
図３は、この形式の変流器の実施例を示す。二次電流の磁心１４と接続された磁気分路１５は、空隙１６を備える。
【００２６】
一次電流が低い時は、磁束のごくわずかな部分だけが分路および空隙を経て通ることができる。磁束のほとんどは磁心を通過する。一次電流が増大すると、分路によって通過できる磁束の比率が増加し、磁心を通る磁束の比率は低下する。この分路の空隙は、変流器の非線形挙動を生じさせる。空隙を通過する磁束は、導線１３を流れる一次電流によって生じる磁気誘導が、空隙の大きさおよび形状によって決定される所定のしきい値を超えると、極めて急速に増加する。
【００２７】
図４および図５は、本発明の別の２種類の実施例に従った代替変流器を示す。一次導線を取り囲む磁気回路の部分が、磁気分路１５を備えた円形をしている。図４の変流器は、分路の中央に好適に配置された空隙を含む。図５の変流器の空隙は、分路の一端と、一次導線および二次電流の心に近い領域を接続する主磁気回路１０の一部との間に配置されている。この場合、空隙に近い磁気分路１５の断面は、二次電流の心１４の位置にある磁気回路の断面よりも大きい。
【００２８】
好ましい実施例では、主磁気回路１０および分路１５は単一の部品を成す。この部品は、積層金属板または他の磁気材料によって形成することができる。
【００２９】
図６には、図２および図３の変流器の一次電流Ｉｐに対する二次電流Ｉｓの応答曲線を示す。第１の曲線１７は、分路を備えない公知の形式の変流器の実効電流の応答を示している。曲線１７の相はほぼ線形である。二次電流Ｉｓは一次電流Ｉｐに好適に比例している。第２の曲線１８は、空隙とともに分路を備える本発明の実施例に従った変流器の実効電流の応答を示している。
【００３０】
一次電流Ｉｐが微弱な間は、曲線１７および１８に対応する２個の変流器の二次電流は類似の値を有する。電流が増大すると、空隙および分路を備える変流器の応答曲線１８は、分路を備えない変流器の曲線１７よりも弱くなる。例えば、８００Ａの電流の場合、空隙とともに分路を備えた変流器は、約０．２５Ａの二次電流を供給する（曲線１８の点１９）のに対して、分路を備えない変流器は０．８Ａの二次電流を供給する。
【００３１】
一次電流および二次電流の波形は、図７，８および９の曲線で例示される。８００Ａの値を有する正弦波の一次電流Ｉｐは、図２による第１の変流器の一次電流および図３による第２の変流器の一次電流によるものである。図８は、第１の変流器の二次電流Ｉｓ１を示す。電流Ｉｓ１の実効値は０．８Ａであり、その波形は好適に正弦波である。図９は、本発明の実施例に従った磁気分路を含む第２の変流器の二次電流Ｉｓ２を示す。電流Ｉｓ２は変形しており、約０．２５Ａのその値は、電流Ｉｓ１の値よりも相当に低い。一次電流Ｉｐ＝８００Ａの場合、分路を備えない第１の変流器の二次電流で散逸する電力は９Ｗであるのに対し、磁気分路を備える第２の変流器の二次電流で散逸する電力はわずか０．９Ｗである。
【００３２】
空隙および分路を備える変流器の一次電流Ｉｐの関数としての二次電流Ｉｓの応答は、空隙の形状、表面および厚さに依存する。図３〜図５の変流器は、分路１５の断面全体を開けた一定の厚さの空隙を有する。しかし、他の空隙の形状も可能である。図１０〜図１３は、空隙の各種実施例を示す。
【００３３】
空隙の厚さは、高電流時における応答を改善するために変えることができる。図１０は、分路の断面の異なる位置において異なる厚さを有する空隙を示す。
【００３４】
図１１は部分的空隙を備える分路を示す。この実施例では、分路の磁気回路の大部分は空隙によって切断されているが、わずかな部分は接続されたままである。この場合、低い一次電流から減衰が始まる。
【００３５】
磁気回路１５は、図１２に示す通り、全体的空隙１６ａおよび部分的空隙１６ｂのように複数の空隙を含むこともできる。
【００３６】
図１３は、複雑な空隙を備える分路を示している。この空隙は、交軸方向の第１の部分２１および第２の部分２２ならびにこれらの交軸方向の第１の部分と第２の部分とを結合する長手方向の部分２３を含む。空隙の効果は本質的に長手方向の部分にあり、この構成は、大きな表面積の空隙を設け、強い一次電流によって高密度の磁束流を得ることを可能にする。
【００３７】
磁気分路の空隙は一般に、外気に曝されたままの切り溝であるが、全体または一部を非磁性固体材料によって充填してもよい。図１３の分路の長手方向部分２３の空隙は、非磁性固体構成部品２４を含んでいる。この非磁性固体構成部品は、不純物が空隙の隙間に入り込むのを防止している。薄い厚さの空隙は、非磁性固体材料で作ったしゃへいによって好適に形成することができる。
【００３８】
上述の変流器によって供給される電流は、電源回路または制御回路に供給されるが、引きはずし機能に使用することも可能である。その際、電流は、測定され、所定の値を超えた場合に引きはずし命令を発行するために電子回路によって処理される。
【００３９】
磁気回路を備えた変流器は、ロゴスキー型の空心変成器と関係づけることもできる。図１４において、一次導線１３は、本発明に従った変流器の磁気回路およびロゴスキートロイド２６の中心を通っている。本発明に従った第１の変流器の二次電流は電子回路に供給され、ロゴスキートロイドの二次電流は、一次導線を流れる電流に対応する信号を測定回路および処理回路に供給する。変流器およびロゴスキートロイドは好ましくは、例えばオーバキャスティングによって相互に固定される。
【００４０】
極めて高い値の一次電流Ｉｐの場合、二次巻線によって巻かれた磁気回路の部分は飽和しないことがある。その場合、隣接する導線からの強い一次電流が、外部電磁束を誘導し、二次巻線に付加的な二次電流を発生させる可能性がある。こうした作用を制限するために、図１４の装置は電磁しゃへい２７を備える。
【００４１】
本発明に従った装置の変流器は、極めて多様な形態を採り得る。以上に図示および説明した磁気回路において、空隙を備えた磁気回路は、一次導線と二次巻線との間に構成される。しかし、一次導線の反対側の二次巻線の心で分岐させた分路を構成することもまったく可能である。その場合、二次巻線は、一次導線と分路の間に配置される。この構成は、変流器に割り当てられた容積によっては有利となるであろう。
【００４２】
図３〜図５に示した変流器の主回路は一般に閉鎖されているが、それらはそれ自体空隙を備えることができる。例えば、本発明に従った変流器は、部分的または全体的な空隙を含む二次巻線の心、および、同様に部分的または全体的な空隙を含む磁気分路を備える磁気回路を含む。この構成は、一次電流の値に応じて、磁束が分路と心の間でより良好に分散されることを可能にする。
【００４３】
上述の実施例において、変流器は、単一の巻線および単一の分路を備えるが、本発明はまた、複数の二次巻線および／または複数の分路を備える装置にも適用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】しゃ断器に備え付けられた引きはずし装置のブロック図。
【図２】公知の変流器の例示図。
【図３】図１による引きはずし装置の一部を形成することができる本発明に従った変流器の例示図。
【図４】図３に従った変流器の代替実施例の例示図。
【図５】図３に従った変流器のさらに別の代替実施例の例示図。
【図６】図２および図３の変流器の電流応答曲線の例示図。
【図７】図６のある点における電流の例示図。
【図８】図６のある点における電流の例示図。
【図９】図６のある点における電流の例示図。
【図１０】図３〜図５の変流器の空隙の代替実施例の例示図。
【図１１】図３〜図５の変流器の空隙の代替実施例の例示図。
【図１２】図３〜図５の変流器の空隙の代替実施例の例示図。
【図１３】図３〜図５の変流器の空隙の代替実施例の例示図。
【図１４】ロゴスキートロイドに関係づけられた本発明の実施例に従った変流器の例示図。
【符号の説明】
１０ 主磁気回路
１１ コイル
１２ 出力線
１３ 一次導線
１４ 磁心
１５ 磁気分路
１６ 空隙

Claims (10)

1. １個以上の変流器（４ａ，４ｂ，４ｃ）であって、
   一次電流（Ｉｐ）が流れている被保護回路（１）の導線（１３）と関係づけられて
   おり、
   被保護回路の導線を取り囲む主磁気回路（１０）と、１個以上の二次巻線（１１，
   １２）と、二次巻線（１１）の心を形成する主磁気回路の部分（１４）と、を含む
   、
   １個以上の変流器（４ａ，４ｂ，４ｃ）と、
   前記変流器の二次巻線に接続されている、処理装置（２５）の電源回路（５）と、
   を含む引きはずし装置であって、
   前記変流器が、二次巻線の心となる主磁気回路の部分（１４）に分岐接続された磁気分路（１５）を備え、前記磁気分路（１５）は前記分路の断面を局所的に縮小させた全体的または部分的な空隙（１６）備える、
   ことを特徴とする引きはずし装置。
2. 請求項１記載の引きはずし装置であって、前記磁気分路が一次導線（１３）と二次巻線（１１）との間に配置されていることを特徴とする引きはずし装置。
3. 請求項１又は２に記載の引きはずし装置であって、前記空隙（１６）の厚さが可変的であることを特徴とする引きはずし装置。
4. 請求項１乃至３の１つに記載の引きはずし装置であって、前記空隙の近くの前記磁気分路（１５）の断面が、前記二次巻線の心（１４）の位置における磁気回路の断面よりも大きいことを特徴とする引きはずし装置。
5. 請求項１乃至４の１つに記載の引きはずし装置であって、前記空隙（１６）が前記磁気分路（１５）の中央に好適に配置されていることを特徴とする引きはずし装置。
6. 請求項１乃至４の１つに記載の引きはずし装置であって、前記空隙（１６）が前記磁気分路（１５）と前記主磁気回路（１０）との間に配置されていることを特徴とする引きはずし装置。
7. 請求項１乃至６の１つに記載の引きはずし装置であって、前記磁気分路（１５）および前記主磁気回路（１０）が単一の部品を形成することを特徴とする引きはずし装置。
8. 請求項１乃至７の１つに記載の引きはずし装置であって、前記処理装置の測定回路（６）に接続された電流センサ（８ａ，８ｂ，８ｃ，２６）を有し、前記変流器（４ａ，４ｂ，４ｃ）は前記被保護回路の同一の導線（１３）で前記電流センサ（８ａ，８ｂ，８ｃ，２６）と関係づけられている、ことを特徴とする引きはずし装置。
9. 請求項８記載の引きはずし装置であって、前記電流センサ（８ａ，８ｂ，８ｃ，２６）がロゴスキートロイドであることを特徴とする引きはずし装置。
10. 請求項１記載の引きはずし装置であって、前記１個以上の二次巻線が電磁しゃへい（２７）を含むことを特徴とする引きはずし装置。

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