JP5268624B2 - 計器用変流器２次回路開放防止装置 - Google Patents

Description

本発明は、計器用変流器２次回路開放防止装置に関し、特に、過負荷運転時にディジタルリレーや計測装置の入力変換器などが断線しても他の配電盤の機能を維持するのに好適な計器用変流器２次回路開放防止装置に関する。

近年、既存電気設備の有効利用の観点から設備過負荷運転を行う機会が増加しているが、ディジタルリレーや計測装置の入力変換器などは、長時間の過負荷耐量が小さいため、過負荷運転時に入力変換器などが断線して計器用変流器の変流器２次回路（以下、「ＣＴ２次回路」と称する。）が開放となるおそれがある。このような状況となると、ディジタルリレーや計測装置が組み込まれた配電盤（後述する図１および図４に示すようにＣＴ２次回路の入側端子および出側端子が引き込まれている。）と直列に接続された他の配電盤が機能を失ったり誤動作したりするおそれも十分にある。
また、ＣＴ２次回路が開放となると、負荷電流によってはＣＴ２次回路に高電圧が発生するので、感電や火災が発生したり、計器用変流器本体や電気配線が絶縁破壊を起こして使用不能になったりするおそれも十分に考えられる。
さらに、ＣＴ２次回路の開放時間が長くなると、電気配線のみならず計器用変流器そのものも焼損して使用不能になるおそれもある。

そこで、従来では、正常時には高抵抗であるがＣＴ２次回路の開放時には低抵抗となる非線形抵抗体を計器用変流器の端子間に接続した変流器２次開路保護装置も市販されているが（下記の特許文献１参照）、一般的な設備実態としては、ＣＴ２次回路の開放を防止する装置は設置されていないのが現状である。

なお、下記の特許文献１には、非線形抵抗体と並列にサイリスタを接続して、ＣＴ２次回路が開放したときに非線形抵抗体の両端に発生する電圧からサイリスタを起動させてＣＴ２次回路を短絡することにより、計器用変流器本体およびＣＴ２次回路の絶縁破壊を防止するようにした変流器２次開路保護装置が開示されている。

また、ＣＴ２次回路の開放時における短時間の異常電圧の抑制を図るため、計器用変流器の２次ケーブルの引込み端子台にバリスタやコンデンサを設置することも提案されている（たとえば、下記の特許文献２参照）。

さらに、計器用変流器の２次電流がゼロになるとＣＴ２次回路が開放されたと判断してＣＴ２次回路を短絡することにより、ＣＴ２次回路の開放を防止する装置も提案されている（たとえば、下記の特許文献３参照）。
特開平２−２７３０２７号公報 特開２００１−１５５６１７号公報 特開平１１−２０５９９８号公報

しかしながら、上記の特許文献１に開示された変流器２次開路保護装置のようにサイリスタを使用した場合には、計器用変流器２次側の端子台をサイリスタで短絡する方式であるため、計器用変流器２次側に複数の配電盤が直列に接続されている場合には、断線が発生した配電盤だけでなくすべての配電盤が使用不能になるという問題がある。
また、この方式の場合には、過負荷運転の可能性がある短期間のみ変流器２次開路保護装置を設置することは難しく、変流器２次開路保護装置を設置する場合には停電が必要になるという問題がある。

計器用変流器の２次ケーブルの引込み端子台にバリスタやコンデンサを設置する方式では、バリスタやコンデンサは長時間耐量がないため、ＣＴ２次回路の開放のようなケースではバリスタやコンデンサが損傷するおそれが極めて高いという問題がある。

計器用変流器の２次電流を検出してＣＴ２次回路を短絡する方式では、２次電流を検出してＣＴ２次回路を短絡する機能を実現させるための専用回路が必要になるが、このような専用回路は高額であるため実設備への適用が限定されるという問題がある。
また、２次電流がゼロになったことを検出してＣＴ２次回路の開放を検出するため、一時的にＣＴ２次回路が開放されるので、異常電圧が発生して設備が損傷する割合が高くなるという問題がある。

本発明の目的は、断線が発生した配電盤以外の配電盤の機能を維持できるとともに計器用変流器の２次電流の検出が不要である計器用変流器２次回路開放防止装置を提供することにある。

本発明の計器用変流器２次回路開放防止装置は、計器用変流器（１_R，１_W，１_B）の変流器２次回路の開放を防止するための計器用変流器２次回路開放防止装置（１０_R，１０_W，１０_B；１０_R’，１０_W’，１０_B’）であって、前記変流器２次回路または前記計器用変流器本体の入側端子および出側端子間に接続される動作コイルおよびリレー接点を備えた双安定キープリレー（１１）と、該双安定キープリレーの前記動作コイルと並列に接続された電圧抑制用抵抗（１２）とを具備し、前記電圧抑制用抵抗の抵抗値が、前記変流器２次回路に接続された入力変換器（３ ₁ 〜３ ₃ ）の入力インピーダンスよりも少なくとも２桁以上大きく、かつ、前記計器用変流器の２次電流が定格電流のときに前記変流器２次回路が開放しても該変流器２次回路の前記入側端子および前記出側端子間の電圧を前記双安定キープリレーが焼損しない電圧値以下に抑制できる値とされていることを特徴とする。
ここで、前記双安定キープリレーが、前記リレー接点、該リレー接点を閉じるための前記動作コイルおよび該リレー接点を開くためのリセットコイルを備え、前記計器用変流器２次回路開放防止装置が、前記リセットコイルと接続されたリセット回路（１３）をさらに具備してもよい。
前記双安定キープリレーが、前記動作コイルによって閉じられるとともに前記リセットコイルによって開かれる警報用接点をさらに備えてもよい。
前記電圧抑制用抵抗の両端にそれぞれ接続された入力側接続端子（２１）および出力側接続端子（２２）をさらに具備し、前記入力側接続端子が、テストプラグ（３０）の各相端子（３１ _R ，３１ _W ，３１ _B ）の一つに接続線を介して接続され、前記出力側接続端子が、前記テストプラグの共通端子（３１ _RC ）に他の接続線を介して接続されてもよい。

本発明の計器用変流器２次回路開放防止装置は、以下に示す効果を奏する。
（１）計器用変流器の入側端子および出側端子間に接続される動作コイルおよびリレー接点を備えた双安定キープリレーを具備することにより、たとえば入力変換器の断線によってＣＴ２次回路が開放されて一定値以上の負過電流が双安定キープリレーの動作コイルに流れると双安定キープリレーのリレー接点を閉じてＣＴ２次回路の入側端子および出側端子を短絡することができるので、断線が発生した配電盤以外の配電盤の機能を維持できるとともに計器用変流器の２次電流の検出を不要とすることができる。
（２）ＣＴ２次回路が開放となっても異常電圧を電圧抑制用抵抗によって所定の電圧値以下に抑制できるので、設備損傷の可能性が低い。
（３）計器用変流器の２次電流を検出してＣＴ２次回路の開放を判断する方式に比較して、装置構成が単純であり、かつ、装置故障の確率が低く、かつ、安価で装置が実現でき、かつ、動作も確実である。
（４）ディジタルリレーなどの入力変換器を能力の極限まで（すなわち、入力変換器が断線するまで）使用できるので、設備投資の抑制が可能となる（たとえば、過負荷を考慮した設備改修が抑制できる。）。
（５）計器用変流器本体の入側端子および出側端子間に設置することにより、計器用変流器に複数のＣＴ２次回路が接続されている場合にはすべてのＣＴ２次回路の保護が一括して可能となる。
（６）新設の設備だけでなく既設の設備にも容易に追加設置でき、テストプラグに接続することで必要な時にのみ設置することも可能である。また、設置する際にも停電する必要がなくなる。

上記の目的を、双安定キープリレーの動作コイルおよびリレー接点をＣＴ２次回路の入側端子および出側端子間に接続するとともに、電圧抑制用抵抗を双安定キープリレーの動作コイルと並列に接続することにより実現した。

以下、本発明の計器用変流器２次回路開放防止装置の実施例について図面を参照して説明する。
本発明の一実施例による計器用変流器２次回路開放防止装置は、開放時にＣＴ２次回路の入側端子および出側端子間に誘起する電圧はこれらの端子間のインピーダンスが大きいほど大きくなるという現象を利用して、配電盤に引き込まれているＣＴ２次回路の入側端子および出側端子間に交流キープリレー（双安定キープリレー）の動作コイルおよびリレー接点を接続するとともに、電圧抑制用抵抗を交流キープリレーの動作コイルと並列に接続することにより構成されている。

ここで、電圧抑制用抵抗は、配線盤に組み込まれたディジタルリレーなどの入力変換器に過負荷時などにおいて定格電流以上の電流が流れた場合にこの入力変換器が断線することによって発生する異常電圧を抑制するためのものである。
そのため、電圧抑制用抵抗の抵抗値は、正常時には計器用変流器の２次電流が計器用変流器２次回路開放防止装置にほとんど流れないように入力変換器の入力インピーダンス（たとえば、０．１Ω）よりも極めて大きく（好ましくは、２桁以上）、かつ、計器用変流器の２次電流が定格電流（たとえば、５Ａ）のときにＣＴ２次回路が開放してもＣＴ２次回路の入側端子および出側端子間の電圧を交流キープリレーが焼損しない電圧値（たとえば、６００Ｖ）以下に抑制できる値（たとえば、１２０Ω）とされる。

このように構成された計器用変流器２次回路開放防止装置を使用することにより、たとえば入力変換器の断線によってＣＴ２次回路が開放されて一定値以上の負荷電流が流れると、交流キープリレーが動作して交流キープリレーのリレー接点が閉じられることによってＣＴ２次回路の閉路が形成されるので、ＣＴ２次回路が開放となった配電盤以外の配電盤の機能を正常に維持することができる。

なお、負荷電流が少ない場合には交流キープリレーが動作しないケースも考えられるが、発生する異常電圧は電圧抑制用抵抗によって所定の電圧値（たとえば、６００Ｖ）以下に抑制できるので、配電盤に接続された設備が異常電圧で損傷することはない。

次に、本実施例による計器用変流器２次回路開放防止装置の具体的構成例について、図１および図２を参照して説明する。
この具体的構成例では、図１に示すように、赤相計器用変流器２次回路開放防止装置１０_R、白相計器用変流器２次回路開放防止装置１０_Wおよび青相計器用変流器２次回路開放防止装置１０_Bは、配電線の赤相、白相および青相にそれぞれ設置された赤相、白相および青相計器用変流器１_R，１_W，１_Bの２次側に直列に接続された第１乃至第３の配電盤２₁，２₂，２₃のうちディジタルリレーなどの第１の入力変換器３₁が組み込まれた第１の配電盤２₁内に相ごとに設置されている。

ここで、赤相計器用変流器２次回路開放防止装置１０_Rは、図２に示すように、交流キープリレー１１と、電圧抑制用抵抗１２と、リセット回路１３とを具備する。

交流キープリレー１１は、リレー接点と、リレー接点を閉じるための動作コイルと、リレー接点を開くためのリセットコイルとを備える。
動作コイルおよびリレー接点は第１の配電盤２₁に引き込まれたＣＴ２次回路の赤相入側端子および赤相出側端子間に接続されている。すなわち、動作コイルおよびリレー接点の一端は、ＣＴ２次回路の赤相入側端子と第１の入力変換器３₁とを接続するケーブルに接続されており、また、動作コイルおよびリレー接点の他端は、ＣＴ２次回路の赤相出側端子と第１の入力変換器３₁とを接続するケーブルに接続されている。
リセットコイルはリセット回路１３に接続されている。
交流キープリレー１１の入力インピーダンスは３ｋΩであり、０．１５Ａ以上の交流電流が動作コイルに流れると交流キープリレー１１が動作してリレー接点を閉じる。

電圧抑制用抵抗１２は、抵抗値が１２０Ωであり、交流キープリレー１１の動作コイルと並列に接続されている。

リセット回路１３は、リセット信号Ｓ_Rが外部から入力されると、交流キープリレー１１のリセットコイルに電流を流してリレー接点を開かせる。

白相および青相計器用変流器２次回路開放防止装置１０_W，１０_Bは、赤相計器用変流器２次回路開放防止装置１０_Rと同様に構成されている。

次に、第１の入力変換器３₁の赤相に定格電流（５Ａ）の１３０％の交流電流（６．５Ａ）が継続して流れて、図１に×印で示すように第１の入力変換器３₁の赤相に断線が生じたときの赤相計器用変流器２次回路開放防止装置１０_Rの動作について説明する。

第１の入力変換器３₁の赤相に断線が生じると、赤相計器用変流器１_Rから定格電流（５Ａ）の交流電流が出力されて、交流キープリレー１１の動作コイルおよび電圧抑制用抵抗１２に流れる。これにより、動作コイルに０．１９Ａ（＝（１２０Ω／３１２０Ω）×５Ａ）の交流電流が流れ、電圧抑制用抵抗１２に４．８１Ａ（＝（３０００Ω／３１２０Ω）×５Ａ）の交流電流が流れる。

０．１９Ａの交流電流が動作コイルに流れると、交流キープリレー１１のリレー接点が動作コイルによって閉じられる。これにより、第１の配電盤２₁内においてＣＴ２次回路の赤相入側端子および赤相出側端子が交流キープリレー１１のリレー接点により閉路される。
その結果、赤相計器用変流器１_Rの２次電流は第１の配電盤２₁を介して第２の配電盤２₂および第３の配電盤２₃の順に供給されるので、第１の入力変換器３₁に断線が生じた第１の配電盤２₁以外の第２および第３の配電盤２₂，２₃の機能を維持することができる。

その後、断線が生じた第１の入力変換器３₁が取り替えられると、たとえば作業員がリセットボタンを押すことによりリセット信号Ｓ_Rが交流キープリレー１１のリセットコイルに入力されて、交流キープリレー１１のリレー接点がリセットコイルによって開かれる。
これにより、第１の配電盤２₁内においてＣＴ２次回路の赤相入側端子および赤相出側端子が開路されて、第１の配電盤２₁を機能させることができる。

なお、第１の入力変換器３₁に断線が生じたことを通知するために、交流キープリレー１１に警報用接点を設け、動作コイルによって警報用接点を閉じるとともにリセットコイルによって警報用接点を開くようにしてもよい。

また、必要なときにのみ計器用変流器２次回路開放防止装置を設置するために、たとえば図３に示す赤相計器用変流器２次回路開放防止装置１０_R’のように、電圧抑制用抵抗１２の両端にそれぞれ接続された入力側接続端子２１および出力側接続端子２２を設けて、入力側接続端子２１をテストプラグ３０の赤相端子３１_Rに接続線を介して接続するとともに出力側接続端子２２をテストプラグ３０の共通端子３１_Cに接続線を介して接続するようにしてもよい。
なお、この場合には、赤相計器用変流器２次回路開放防止装置１０_R’と同様に構成された白相計器用変流器２次回路開放防止装置１０_W’（不図示）の入力側接続端子２１をテストプラグ３０の白相端子３１_Wに接続線を介して接続するとともに出力側接続端子２２をテストプラグ３０の共通端子３１_Cに接続線を介して接続する。また、赤相計器用変流器２次回路開放防止装置１０_R’と同様に構成された青相計器用変流器２次回路開放防止装置１０_B’（不図示）の入力側接続端子２１をテストプラグ３０の青相端子３１_Bに接続線を介して接続するとともに出力側接続端子２２をテストプラグ３０の共通端子３１_Cに接続線を介して接続する。

さらに、図４に示すように赤相、白相および青相計器用変流器１_R，１_W，１_B本体の赤相、白相および青相入側端子と赤相、白相および青相出側端子との間に赤相、白相および青相計器用変流器２次回路開放防止装置１０_R，１０_W，１０_Bをそれぞれ設置して、第１乃至第３の入力変換器３₁〜３₃の少なくとも１つが断線した場合に第１乃至第３の配電盤２₁〜２₃に組み込まれているＣＴ２次回路すべてを一括して保護するようにしてもよい。

本発明の一実施例による計器用変流器２次回路開放防止装置の具体的構成例について説明するための図である。 図１に示した赤相計器用変流器２次回路開放防止装置１０_Rの構成を示すブロック図である。 入力側接続端子２１および出力側接続端子２２を付加した赤相計器用変流器２次回路開放防止装置１０_R’の構成を示す図である。 赤相、白相および青相計器用変流器１_R，１_W，１_B本体の赤相、白相および青相入側端子と赤相、白相および青相出側端子との間に赤相、白相および青相計器用変流器２次回路開放防止装置１０_R，１０_W，１０_Bをそれぞれ設置した状態を示す図である。

符号の説明

１_R，１_W，１_B 赤相、白相および青相計器用変流器
２₁，２₂，２₃ 第１乃至第３の配電盤
３₁〜３₃ 第１乃至第３の入力変換器
１０_R，１０_W，１０_B，１０_R’，１０_W’，１０_B’ 赤相、白相および青相計器用変流器２次回路開放防止装置
１１ 交流キープリレー
１２ 電圧抑制用抵抗
１３ リセット回路
２１ 入力側接続端子
２２ 出力側接続端子
３０ テストプラグ
３１_R，３１_W，３１_B 赤相、白相および青相端子
３１_C 共通端子
Ｓ_R リセット信号

Claims (4)

1. 計器用変流器（１_R，１_W，１_B）の変流器２次回路の開放を防止するための計器用変流器２次回路開放防止装置（１０_R，１０_W，１０_B；１０_R’，１０_W’，１０_B’）であって、
   前記変流器２次回路または前記計器用変流器本体の入側端子および出側端子間に接続される動作コイルおよびリレー接点を備えた双安定キープリレー（１１）と、
   該双安定キープリレーの前記動作コイルと並列に接続された電圧抑制用抵抗（１２）とを具備し、
   前記電圧抑制用抵抗の抵抗値が、前記変流器２次回路に接続された入力変換器（３ ₁ 〜３ ₃ ）の入力インピーダンスよりも少なくとも２桁以上大きく、かつ、前記計器用変流器の２次電流が定格電流のときに前記変流器２次回路が開放しても該変流器２次回路の前記入側端子および前記出側端子間の電圧を前記双安定キープリレーが焼損しない電圧値以下に抑制できる値とされている、
   ことを特徴とする、計器用変流器２次回路開放防止装置。
2. 前記双安定キープリレーが、前記リレー接点、該リレー接点を閉じるための前記動作コイルおよび該リレー接点を開くためのリセットコイルを備え、
   前記計器用変流器２次回路開放防止装置が、前記リセットコイルと接続されたリセット回路（１３）をさらに具備する、
   ことを特徴とする、請求項１記載の計器用変流器２次回路開放防止装置。
3. 前記双安定キープリレーが、前記動作コイルによって閉じられるとともに前記リセットコイルによって開かれる警報用接点をさらに備えることを特徴とする、請求項２記載の計器用変流器２次回路開放防止装置。
4. 前記電圧抑制用抵抗の両端にそれぞれ接続された入力側接続端子（２１）および出力側接続端子（２２）をさらに具備し、
   前記入力側接続端子が、テストプラグ（３０）の各相端子（３１ _R ，３１ _W ，３１ _B ）の一つに接続線を介して接続され、
   前記出力側接続端子が、前記テストプラグの共通端子（３１ _RC ）に他の接続線を介して接続される、
   ことを特徴とする、請求項１乃至３いずれかに記載の計器用変流器２次回路開放防止装置。