JP3908759B2 - 限流回路 - Google Patents

Description

本発明は、機器あるいは電源設備に対する電源投入時に起こる過大な突入電流を制限する限流回路に係わり、特に突入時の影響を受けやすい変圧器のような装置を起動するときに好適な限流回路に関する。

機器あるいは電源設備（以下、単に機器という。）に対する電源投入時に、定格電流よりも遥かに大きい電流が短時間流れることがあり、これは突入電流と呼ばれる。比較的大型の電機設備の復旧時等には、突入電流への対策がとられていないと、電源スイッチの溶着、整流器やそのほかの部品への過大なストレス、また電源電圧の一時的な低下による他の機器への悪影響といった問題が引き起こされることがある。そこで突入電流を緩和するために抵抗やコイルを開閉器と組み合わせた限流回路が従来から用いられている。たとえば、電源投入時に抵抗を介して電力供給を行い、所定時間経過後に抵抗を短絡して定常時における発熱や損失を回避する装置の提案が行われている（たとえば特許文献１参照）。
特開２００１−３２０８７５号公報（第００１１段落、図１）

このように従来では、突入電流の影響が懸念される機器に対しては、予め限流回路が組み込まれた構成となっており、機器の信頼性が確保されている。しかしながら、大電流を扱う機器の場合には、限流回路を構成する回路部品を大電流に十分耐えられる部品で構成しているため、限流回路の組み込みによる機器全体のコストアップが問題となっていた。特に、常時電源を投入した状態に保持する機器では、障害が発生し、機器への電源が遮断された後、復旧して電源を再投入する際にしか限流回路は機能しない。したがって、限流回路の使用頻度が非常に少ない機器を多数使用しているような事業所等では、機器全体に占める限流回路のコストが問題となっていた。

そこで本発明の目的は、頻繁に電源の投入の必要がない機器で電源投入時に起こる過大な突入電流を制限することのできる限流回路を提供することにある。

本発明では、（イ）電源供給用のブレーカの両端に着脱自在に接続される第１および第２の接続具と、（ロ）第１の接続具とその一端を電気的に接続した第１のスイッチと、（ハ）この第１のスイッチと第２の接続具の間に接続され、第１のスイッチがオンになったときに生じる突入電流を抑制する限流手段と、（ニ）第１のスイッチがオンとなったときから所定の時間を計時する計時手段と、（ホ）この計時手段の計時が終了した時点で第１および第２の接続具の間を短絡する第２のスイッチとを限流回路に具備させる。

すなわち本発明では、限流回路を外付けの着脱自在のものとし、第１のスイッチを使用して限流手段で電源投入時の電流の抑制を行い、電流が安定した時点で第２のスイッチをオンにすることにしたので、この状態で電源供給側のブレーカの両端から第１および第２の接続具を切り離すと、電源の瞬断を発生させることがない。しかも本発明では電源供給側に限流回路を組み込んでいないので、これら電源供給側の回路装置のコストダウンを図ることができるだけでなく、回路装置の単純化により信頼性を向上させることができる。

本発明の限流回路は、電源供給側に組み込まず必要に応じて外付けで使用することにしたので、電源供給側の回路装置のコストダウンを図ることができるだけでなく、回路装置の単純化により信頼性を向上させることができるという効果がある。

以下実施例につき本発明を詳細に説明する。

図１は本発明の一実施例による汎用限流回路を使用したビルの配電システムを表わしたものである。ビル１１内には大型の第１の変圧器１２が配置されており、その一次側に電力会社１３からの送電線１４が接続されている。送電線１４は、６６００〜２２０００ボルトといった高電圧を第１の変圧器１２に供給し、これを２００〜４００ボルトに変換する。第１の変圧器１２の二次側には、電源ライン１５を介して複数の第２の変圧器１６₁〜１６_nの一次側が接続されており、２００〜４００ボルトの入力電圧を１００〜２００ボルトに変換している。ブレーカが付属した第２の変圧器１６₁〜１６_nの二次側には、それぞれ図示しない複数のブレーカや変圧器を備えた配電盤１７が備えられており、１００ボルトあるいは２００ボルトに変換された電圧がそれぞれの電源ライン１８を介して図示しない電気機器に供給されている。

このような配電システムで、第１の変圧器１２には、図示しない限流回路が組み込まれている。第２の変圧器１６₁〜１６_nには限流回路が組み込まれていない。本実施例の限流回路としての可搬型限流回路１９は、第２の変圧器１６₁〜１６_nのうちの障害が復旧して電源の再投入が必要な箇所に対して、電気設備の作業員が使用するようになっている。たとえば第２の変圧器１６₁、１６₂の２台の変圧器の配下の電気設備に障害が発生して、これらのブレーカが電源の供給を絶ったとする。この場合には、第２の変圧器１６₁、１６₂の配下の電気設備の障害が復旧した後、電気設備の作業員が可搬型限流回路１９を携行して、たとえばまず第２の変圧器１６₁の場所に出向いて、可搬型限流回路１９を用いて電源の投入を行う。そして、電源の投入が支障なく行われた後、次に第２の変圧器１６₂の場所に出向いて、同一の可搬型限流回路１９を用いてこの場所でも電源の投入を行うことになる。

このように、電気設備の作業員は複数の第２の変圧器１６₁〜１６_nに対して、１つの可搬型限流回路１９を使用して、電源の立ち上げを行うことができる。第２の変圧器１６₁〜１６_nに備えられている図示しないブレーカは、常時通電状態となっているので、障害によって停電をしない限り可搬型限流回路１９を使用することはなく、この場合も電気設備の作業員が可搬型限流回路１９を使用して、電源の立ち上げを行うので、安全性に問題はない。

図２は、限流回路とその周辺回路を表わしたものである。ここでは、限流回路１９を第２の変圧器１６₁に使用する場合を示している。限流回路１９は、電源入力スイッチの役目を果たす容量可変型ブレーカ２１と、突入時の電流を制限する限流部２２からなる直列回路２３と、限流部２２と平行に接続されたタイマ２４と、直列回路２３と並列に接続され、タイマ２４の図示しない常開接点と連動して接点をオン・オフする電磁開閉器２５と、この電磁開閉器２５の両端にそれぞれ接続ケーブル２６、２７を介して接続されたワニ口型クリップ２８、２９によって構成されている。接続ケーブル２６、２７およびワニ口型クリップ２８、２９以外の回路部分は、絶縁性のケース３１に収容されており、容量可変型ブレーカ２１はこのケース３１の外部からそのオン・オフ操作ができるようになっている。

ケース３１は比較的容易に開くことができるようになっており、開いた状態で限流部２２の調整を行うことができるようになっている。限流部２２は、容量可変型ブレーカ２１とタイマ２４の接続点３２側にそれぞれ並列に一端を接続された第１〜第３のスイッチ３３₁〜３３₃と、これら第１〜第３のスイッチ３３₁〜３３₃の他端に１つずつ一端を接続した第１〜第３の抵抗器３４₁〜３４₃から構成されている。第１〜第３の抵抗器３４₁〜３４₃のそれぞれ他端は、接続ケーブル２７と電気的に接続されている。

本実施例で第１の抵抗器３４₁は抵抗値が２オームであり、第２の抵抗器３４₂は抵抗値が１オームである。第３の抵抗器３４₃は抵抗値が０．５オームとなっている。第１〜第３のスイッチ３３₁〜３３₃は、第１〜第３の抵抗器３４₁〜３４₃の接続状態による合成抵抗を所望の値に設定するための切替スイッチとなっている。たとえば、図示のように第１および第２のスイッチ３３₁、３３₂がオン（導通）の状態では、合成抵抗値は０．６６７オームとなる。このように限流部２２の抵抗値を調整可能にしているのは、この限流回路１９を使用して電源の投入を行う変圧器の特性に合わせるためである。したがって、電気設備の作業員は、この限流回路１９を使用する場所に応じて、予め限流部２２の抵抗値の調整を行っておく。もちろん、第２の変圧器１６₁〜１６_nがすべて同一の電気的特性を備えた機器の場合であれば、限流回路１９を個々に調整する必要はなく、抵抗値を固定として第１〜第３のスイッチ３３₁〜３３₃を省略することが可能である。

容量可変型ブレーカ２１も、同様に使用する変圧器の特性に合わせてその容量を事前に調整できるようになっている。したがって、限流回路１９と同様に同一の電気的特性を備えた機器のみに適用する場合には、容量が固定となったブレーカを使用することができる。

図２に示すように、第２の変圧器１６₁は、変圧器本体４１とこれに直列に接続されたブレーカ４２から構成されている。図１に示した第２の変圧器１６₂〜１６_nはこれと基本的に同一構成となっている。ワニ口型クリップ２８、２９は、ブレーカ４２の両端を挟むように接続する。このとき、ブレーカ４２はオフ（開）の状態となっており、変圧器本体４１には電流が流れていない。

このように、ワニ口型クリップ２８、２９を第２の変圧器１６₁の所定位置に接続した後、電気設備の作業員は容量可変型ブレーカ２１をオンにする。すると、この瞬間から容量可変型ブレーカ２１と限流部２２からなる直列回路２３を通じて突入電流が流れる。また、この時点からタイマ２４が励磁されてその経時動作が開始する。

図３は、限流部が作動しないと仮定した場合の突入電流の特性を表わしたものである。本実施例の限流回路１９を使用せずに、ブレーカ４２を直接オンにして変圧器本体４１に電流を流すと、電源投入時に二次側に図示のような急峻な負荷電流が流れ、時間と共に収束する。限流回路１９を使用することで、この突入電流のピークを大幅に抑制することができる。突入電流が収束したとされる時間を突入電流収束時間ｔ_Rとすると、図２に示したタイマ２４の経時時間ｔ₁をこの突入電流収束時間ｔ_Rに対して若干の余裕をもった時間に設定する。突入電流収束時間ｔ_Rは、変圧器本体４１やその配下の電気設備によって異なるが、最長の場合には数十秒に及ぶこともある。通常は１００ミリ秒から１秒程度である。したがって、タイマ２４の経時時間ｔ₁は、２秒から５秒程度に設定することが多い。

したがって、容量可変型ブレーカ２１をオンにして経時時間ｔ₁が経過すると、電磁開閉器２５がオンとなる。電磁開閉器２５の抵抗分はゼロに近く、直列回路２３の抵抗分よりも少ない。そこで、この時点から変圧器本体４１に流れる電流はそのほとんどが電磁開閉器２５を通過する。この状態で、電気設備の作業員はブレーカ４２をオンにして、ワニ口型クリップ２８、２９を第２の変圧器１６₁から取り外す。これにより、第２の変圧器１６₁の配下の電気設備は、給電を継続することができる。

以上説明したように、実施例によればワニ口型クリップ２８，２９を使用するので、ブレーカ４２の両端に特別の端子等が設けられていなくても、これらの両端部分と電気的な接続が可能である。

しかも電気設備の障害が復旧した後、限流回路は次の障害に備えて取り外されるのが原則である。したがって、限流回路に後発的に何らかの回路動作上のトラブルが発生した場合でも、配電システムに対するその影響を回避することができる。すなわち、従来では、限流回路を配電システムに組み込んだままの状態としていたので、たとえば電磁開閉器２５が故障によりオフとなると、電源電圧が再び限流部２２を介して供給されるため、電源電圧の低下が引き起こされるという問題が発生した。この場合には１００ボルトの電源電圧が６０〜７５ボルトにまで低下し、機器停止に至ることもあった。本実施例では、限流回路を着脱自在としているので、障害の復旧後に限流回路を取り外すことにより、この問題は排除することができる。

<発明の変形例>
図４は、本発明の変形例を示したものである。この図４で図２と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。この変形例の限流回路１９Ａでは、一方の接続ケーブル２６に容量可変型ブレーカ２１の一端を接続し、その他端側に限流部２２と、タイマ２４および電磁開閉器２５の一端をそれぞれ接続している。これら限流部２２と、タイマ２４および電磁開閉器２５の他端側は、他方の接続ケーブル２７と接続している。

また、この変形例では一対の接続ケーブル２６、２７をブレーカ４２の両端に接続する接続具として実施例のワニ口型クリップ２８、２９を使用しておらず、棒状の導体５１の先端部を除いてその周囲を絶縁体５２で被覆した接続ピン５３、５４を使用することにしている。接続ピン５３、５４は接続ケーブル２６、２７の端部に１つずつ接続されている。また、ブレーカ４２の両端には、これらの接続ピン５３、５４の導体部分を嵌入させる嵌入孔を中心部に設けたピン収容部５５、５６が配置されている。

したがって、この第１の変形例では、第２の変圧器１６₁Ａのブレーカ４２がオフとなっている状態で、限流回路１９Ａの接続ピン５３、５４の先端をピン収容部５５、５６の嵌入孔にそれぞれ差し込み、容量可変型ブレーカ２１をオンにすることで電源の投入を行うことになる。これ以後の動作は先の実施例と同一である。この変形例ではブレーカ４２を最終的にオンにした状態で、接続ピン５３、５４をピン収容部５５、５６から抜き取る。

この変形例では、容量可変型ブレーカ２１が電磁開閉器２５に対しても直列に接続されている。したがって、電源投入時に障害が回復していない等によって大電流が継続して流れる異常事態が発生すると、タイマ２４の経時時間ｔ₁が到来して電磁開閉器２５がオンになった後も、容量可変型ブレーカ２１がオフとなり、以下の電気設備の安全性を確保することができる。

なお、以上説明した実施例では、限流回路１９、１９Ａとして３個の抵抗器を使用したものを示したが、抵抗器の数はこれに限るものではない。また、可変抵抗器を使用してもよい。更に限流回路は、限流回路としての特性を有するものであればよく、抵抗器以外の回路素子を使用してもよいことは当然である。また、電磁開閉器２５についても、サイリスタやトライアックのような半導体スイッチで代用することができる。

本発明の一実施例による限流回路を使用したビルの配電システムのブロック図である。 本実施例の限流回路とその周辺回路を表わした回路図である。 本実施例で限流部が作動しないと仮定した場合の突入電流の特性を表わした特性図である。 本発明の変形例の限流回路とその周辺回路を表わした回路図である。

符号の説明

１６ 第２の変圧器
１９、１９Ａ 限流回路
２１ 容量可変型ブレーカ
２２ 限流部
２４ タイマ
２５ 電磁開閉器
２８、２９ ワニ口型クリップ
３３ スイッチ
３４ 抵抗器
４１ 変圧器本体
４２ ブレーカ

Claims (6)

1. 電源供給用のブレーカの両端に着脱自在に接続される第１および第２の接続具と、
   第１の接続具とその一端を電気的に接続した第１のスイッチと、
   この第１のスイッチと前記第２の接続具の間に接続され、第１のスイッチがオンになったときに生じる突入電流を抑制する限流手段と、
   前記第１のスイッチがオンとなったときから所定の時間を計時する計時手段と、
   この計時手段の計時が終了した時点で前記第１および第２の接続具の間を短絡する第２のスイッチ
   とを具備することを特徴とする限流回路。
2. 前記第１のスイッチは過大な電流が流れたときオフとなるブレーカで構成されていることを特徴とする請求項１記載の限流回路。
3. 前記第２のスイッチは、前記第１のスイッチと直列に接続されていることを特徴とする請求項１記載の限流回路。
4. 前記第２のスイッチは、前記第１および第２の接続具と直接接続されていることを特徴とする請求項１記載の限流回路。
5. 前記限流手段は抵抗値を調整できる可変抵抗器で構成されていることを特徴とする請求項１記載の限流回路。
6. 前記電源供給用のブレーカは容量可変型のブレーカであることを特徴とする請求項１記載の限流回路。

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