JP4989594B2 - ディジタル保護制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディジタル保護制御装置に係り、具体的には、電力系統の各種の電流計測値をディジタル保護制御装置に適した値に変換する技術に関する。

配電系統等の電力系統の主回路に挿入された変流器の出力電流を、さらに変流する補助変流器を設け、その補助変流器の出力電流を計測して主回路に流れる各種の電流を計測し、計測した電流値に基いて主回路の保護及び制御を行うディジタル保護制御装置が知られている（例えば、特許文献１）。また、同文献のディジタル保護制御装置によれば、補助変流器の出力を増幅する増幅器を設け、増幅器の増幅率を変更して、広範囲にわたる各種の主回路電流に対応するようにしている。

特開２００１-２１８３０９号公報

しかし、上記の特許文献１に記載の技術によれば、増幅率を変更できる増幅器が必要である。このような増幅器は、一般にプログラマブルゲインアンプと称されるものがあるが、価格が高いことから採用しにくいという問題がある。

安価な増幅率を変更できる増幅器としては、例えば、増幅器の外付き帰還抵抗を複数設け、電子スイッチ等の切替器で帰還抵抗を切り替えて増幅率を変更することが考えられる。しかし、この例によれば、増幅率を大きく設定した場合、増幅器出力のオフセット誤差が大きくなるため、オフセットの小さな増幅器を用いる必要があり、やはり価格が高くなることから採用しにくい。

本発明が解決しようとする課題は、電力系統の各種の電流計測値をディジタル保護制御装置に適した値に変換するにあたり、増幅率可変の増幅器を用いることなく、簡易な構成の電流入力回路を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、入力される電力系統の電流計測値を設定された範囲内に変換する電流入力回路と、該電流入力回路の出力信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器から入力されるディジタル信号に基いて前記電力系統の保護及び制御を行う演算処理装置とを備えてなるディジタル保護制御装置において、前記電流入力回路は、前記電流計測値を切替器で切り替えられる複数の検出抵抗に流して電圧信号に変換するように形成され、前記複数の検出抵抗は、予め定めた複数の計測範囲に対応させて設定され、前記演算処理装置は、入力されるディジタル信号のレベルに応じて前記切替器を切り替えて前記計測範囲を切り替えることを特徴とする。

このように、複数の検出抵抗と切替器の組合せた簡易な構成の電流入力回路により、増幅率可変の増幅器を用いることなく、広い範囲にわたる電力系統の各種の電流計測値をディジタル保護制御装置に適した値に変換することができる。また、入力されるディジタル信号のレベルに応じて、演算処理装置により切替器を切り替えて計測範囲を切り替えるようにしたから、広い範囲にわたる各種の電流計測値を自動的にディジタル保護制御装置に適した値に変換することができる。

なお、演算処理装置は、切り替えた計測範囲に対応させて入力されるディジタル信号のレベルを、実際の電流計測値に相当する値に変換する係数を切り替えて保護制御演算するようにしていることはいうまでもない。

本発明において、前記複数の検出抵抗は、前記切替器を介して前記電力系統の電流を計測する変流器の出力に並列に接続され、前記各検出抵抗の端子電圧が演算増幅器を介して前記Ａ／Ｄ変換器に入力される構成とすることができる。

また、これに代えて、前記複数の検出抵抗は、第１の切替器を介して前記電力系統の電流を計測する変流器の出力に並列に接続され、前記各検出抵抗の端子電圧が第２の切替器を介して演算増幅器を介して前記Ａ／Ｄ変換器に入力される構成とすることができる。

さらに、これらに代えて、前記複数の検出抵抗は、直列接続され、直列接続された前記複数の検出抵抗の一端と相互接続点がそれぞれ前記切替器を介して前記電力系統の電流を計測する変流器の出力の一方に接続され、直列接続された前記複数の検出抵抗の他端が前記変流器の出力の他方に接続され、直列接続された前記複数の検出抵抗の両端電圧が演算増幅器を介して前記Ａ／Ｄ変換器に入力される構成とすることができる。

本発明によれば、電力系統の各種の電流計測値をディジタル保護制御装置に適した値に変換するにあたり、増幅率可変の増幅器を用いることなく、簡易な構成の電流入力回路を提供することができる。

以下、本発明の実施例を図に基いて説明する。

図１に、本発明の実施例１のディジタル保護制御装置の構成図を示す。

図１において、配電系統の配電盤の中に設けられた主回路１に変流器２が設けられ、変流器２により主回路１に流れる電流が計測され、その電流に比例した計測電流が２次側に出力されるようになっている。変流器２により計測した計測電流は、ディジタル保護制御装置３に入力されている。ディジタル保護制御装置３は、補助変流器４と複数（図示例では３個）の検出抵抗５−１、５−２、５−３と切替器である電子スイッチ６と演算増幅器７を有してなる電流入力回路と、この電流入力回路から出力される計測電流に応じた電圧信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器８と、演算処理装置であるＭＰＵ９を備えて構成されている。

補助変流器４は、変流器２の出力電流を検出抵抗５−１、５−２、５−３に適した電流値（例えば、変流器２の出力電流の１／６００〜１／１０００）まで下げて検出抵抗５に供給するようになっている。電子スイッチ６の切り替えによって補助変流器４に接続された検出抵抗５−１、５−２、５−３は、補助変流器４の２次側回路に流れる出力電流を電圧信号に変換する。検出抵抗５−１、５−２、５−３の端子電圧は演算増幅器７に入力される。演算増幅器７の増幅率は一定であり、検出抵抗５−１、５−２、５−３により変換された電圧信号の電圧レベルを、Ａ／Ｄ変換器８に適した電圧信号に増幅してＡ／Ｄ変換器８に出力する。

Ａ／Ｄ変換器８は、演算増幅器７から出力される電圧信号をディジタル信号に変換してＭＰＵ９に出力する。ＭＰＵ９は、電子スイッチ６により補助変流器４に接続されている検出抵抗５−１、５−２、５−３の抵抗値に応じて、入力されるディジタル信号に変換係数を乗ずる演算処理して、主回路１の電流計測値に比例したディジタルの電流計測値を求める。そして、ディジタルの電流計測値に基いて主回路１の電流計測値を表示するとともに、必要な場合は主回路１に設けられている図示していない遮断器などに引き外し信号を出力する周知の保護制御演算処理を実行する。

ここで、検出抵抗５−１、５−２、５−３は、それぞれ異なる値に設定されている。例えば、検出抵抗５−１は０〜小レベル、検出抵抗５−２は０〜中レベル、検出抵抗５−３は０〜大レベルの計測範囲に対応させて設定されている。なお、検出抵抗５は３つに限られるものではなく、各種の電流計測値の幅に合せて、また、切り替える計測範囲の数に応じて決定する。

また、ＭＰＵ９は、入力されるディジタル信号のレベルに応じて、切り替え指令１０を電子スイッチ６に出力し、電子スイッチ６を切り替えて適切な計測範囲に対応する検出抵抗５−１、５−２、５−３を補助変流器４に接続するようになっている。また、例えば、電子スイッチ６が検出抵抗５−１に接続されている場合に、入力されるディジタル信号のレベルが小レベルを超えるような場合は、電子スイッチ６を検出抵抗５−２に切り替えて、計測範囲を中レベルに変更する。これにより、Ａ／Ｄ変換器８には適正なレベルの電圧信号が入力される。

以上説明したように、本実施例１によれば、複数の検出抵抗５−１、５−２、５−３と電子スイッチ６を組合せた簡易な構成の電流入力回路により、増幅率可変の増幅器を用いることなく、レベルが広い範囲にわたる電力系統の各種の電流計測値をＡ／Ｄ変換器８に適した値に変換することができる。

また、入力されるディジタル信号のレベルに応じて、ＭＰＵ９により電子スイッチ６を切り替えて計測範囲を切り替えるようにしたから、レベルが広い範囲にわたる各種の電流計測値を自動的にＡ／Ｄ変換器８に適した値に変換することができる。

図２に、本発明の実施例２のディジタル保護制御装置に適用する主要部の構成図を示す。本実施例２は、計測精度を高めるために、検出抵抗と電子スイッチの接続法を改良したものである。

すなわち、本実施例２が、実施例１と相違する点は、実施例１の電子スイッチ６を、２組の電子スイッチ６Ａ、６Ｂに置き換えたことにある。その他の点は、実施例１と同一であることから、同一符号を付して説明を省略する。

電子スイッチ６Ａは、実施例１と同様に接続されている。電子スイッチ６Ｂは、各検出抵抗５―１〜３と電子スイッチ６Ａとの接続点の電圧信号を切り替えて演算増幅器７に入力するようになっている。電子スイッチ６Ａ、６Ｂは、実施例１と同様に、ＭＰＵ９から出力される切り替え指令１０によって同期して切り替えられるようになっている。

本実施例の動作は、実施例１と同様であり、入力されるディジタル信号のレベルに応じて、ＭＰＵ９により電子スイッチ６Ａ、６Ｂを切り替えて計測範囲を切り替えることにより、レベルが広い範囲にわたる各種の電流計測値を自動的にＡ／Ｄ変換器８に適した値に変換することができる。

特に、本実施例２によれば、実施例１に比べて、計測精度を高くすることができるという効果がある。つまり、検出抵抗５―１〜３の抵抗値は、およそ数Ω〜数十Ωである。これに対して、電子スイッチ６のＯＮ抵抗は０．数Ω程度である。そのため、実施例１のように、電子スイッチ６と検出抵抗５―１〜３を単に直列に接続し、その両端の電圧を演算増幅器７に入力する構成では、電子スイッチ６のＯＮ抵抗の割合に応じて誤差が含まれることになる。しかも、電子スイッチ６のＯＮ抵抗は、電流の大きさ、及び温度によって変化するから、上記の誤差を補正することが困難である。

この点、本実施例２によれば、電子スイッチ６ＡのＯＮ抵抗を無視して、検出抵抗５―１〜３の端子電圧のみを演算増幅器７に入力することができるから、精度を向上できる。なお、電子スイッチ６ＢのＯＮ抵抗が演算増幅器７の入力インピーダンスと直列になるが、演算増幅器７の入力インピーダンスは数十ｋΩであり、非常に高いことから、電子スイッチ６ＢのＯＮ抵抗の影響は無視することができる。

図３（ａ）に、本発明の実施例３のディジタル保護制御装置に適用する主要部の構成図を示す。本実施例３は、実施例１と同様、１つの電子スイッチ６によって、計測精度を高めるために検出抵抗５ａ〜５ｃと電子スイッチ６と演算増幅器７との接続方法を改良したものである。

すなわち、本実施例３が、実施例１と相違する点は、複数（図示例では、３つ）の検出抵抗５ａ〜ｃを直列に接続し、検出抵抗５ａの開放端を補助変流器４の一方の出力と演算増幅器７の一方の入力に接続し、検出抵抗５ｃの開放端と、検出抵抗５ａと検出抵抗５ｂの接続点と、検出抵抗５ｂと検出抵抗５ｃの接続点とを、それぞれ電子スイッチ６を介して補助変流器４の他方の出力に接続して構成されている。

このように構成されることから、図３（ａ）の電子スイッチ６の切り替え状態によれば、補助変流器４の出力電流は検出抵抗５ａに流れ込み、これにより発生する検出抵抗５ａの端子間電圧が演算増幅器７に入力され、例えば、計測範囲が０〜大レベルによる計測が可能となる。このとき、検出抵抗５ｂと検出抵抗５ｃの抵抗が演算増幅器７の入力インピーダンスと直列になるが、演算増幅器７の入力インピーダンス（数十ｋΩ）に比べると、検出抵抗５ｂと検出抵抗５ｃの抵抗は微小であるから、その影響はほぼ無視できる。また、電子スイッチのオン抵抗と異なり、抵抗値の変動がないから補正が可能であり、変換精度を高めることができる。

また、図３（ｂ）に示す電子スイッチ６の切り替え状態の場合、すなわち検出抵抗５ｂと検出抵抗５ｃの接続点に電子スイッチ６が切り替えられた場合、補助変流器４の出力電流は検出抵抗５ａと５ｂの直列回路に流れ込み、検出抵抗５ａと５ｂの直列抵抗の端子電圧が演算増幅器７に入力され、例えば、計測範囲が０〜中レベルによる計測が可能となる。したがって、電流の測定範囲（計測範囲）に合せて、検出抵抗５ａと５ｂの合成抵抗値を選定するように、検出抵抗５ｂの抵抗値を選定する。同様に、検出抵抗５ａと５ｂと５ｃの直列回路に補助変流器４の出力電流が流れ込む場合は、計測範囲が０〜小レベルになるように、合成抵抗の値と検出抵抗５ｃの抵抗値を選定する。

以上説明したように、本実施例３によれば、電子スイッチ６のＯＮ抵抗を排除して変換精度を向上でき、かつ電子スイッチ６の数を実施例２よりも少なくすることができる。

本発明のディジタル保護制御装置の実施例１の構成図である。 本発明のディジタル保護制御装置の実施例２の主要部の構成図である。 本発明のディジタル保護制御装置の実施例３の主要部の構成図である。

符号の説明

１ 主回路
２ 変流器
３ ディジタル保護制御装置
４ 補助変流器
５−１〜３ 検出抵抗
５ａ〜ｃ 検出抵抗
６、６Ａ、６Ｂ 電子スイッチ
７ 演算増幅器
８ Ａ／Ｄ変換器
９ ＭＰＵ

Claims (1)

1. 入力される電力系統の電流計測値を設定された範囲内に変換する電流入力回路と、該電流入力回路の出力信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器から入力されるディジタル信号に基いて前記電力系統の保護及び制御を行う演算処理装置とを備えてなるディジタル保護制御装置において、
   前記電流入力回路は、前記電流計測値を切替器で切り替えられる複数の検出抵抗に流して電圧信号に変換するように形成され、前記複数の検出抵抗は、予め定めた複数の計測範囲に対応させて設定され、
   前記演算処理装置は、入力されるディジタル信号のレベルに応じて前記切替器を切り替えて前記計測範囲を切り替え、
   前記複数の検出抵抗は、第１の切替器を介して前記電力系統の電流を計測する変流器の出力に並列に接続され、
   前記各検出抵抗の端子電圧が第２の切替器を介して演算増幅器を介して前記Ａ／Ｄ変換器に入力されていることを特徴とするディジタル保護制御装置。

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