JP5404565B2

JP5404565B2 - ディジタル保護制御装置の入力変換ユニットとその製造方法

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Publication number: JP5404565B2
Application number: JP2010206374A
Authority: JP
Inventors: 清典南方
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2010-09-15
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2030-09-15
Also published as: JP2012065413A

Description

本発明は、ディジタル保護制御装置の入力変換ユニットとその製造方法に係り、特に、電力系統の電気量を測定する複数の入力変成器を効率よく実装することのできるディジタル保護制御装置の入力変換ユニットとその製造方法に関する。

電力系統の保護制御に用いられるディジタル保護制御装置においては、電力系統の電圧や電流といった電気量を測定する入力変成器からの出力を取り込むための入力変換部と、保護制御演算を実行して電力系統の保護制御を行う制御部とは、特許文献１に例示されるようにそれぞれ別のユニットとして構成される。

また、これらの入力変換部や制御部は、同一の保護制御盤内に収納されるが、制御部が電子化されて比較的小型であるに対し、高圧部品である複数の入力変成器で構成される入力変換部は保護制御盤内の大きな設置容量を占めることになる。さらに、入力変成器が大きく重い、複数個の実装が必要な仕様であることから、大型で質量が大きく配線が多い等、性能および生産性が悪く製品全体のコストアップの要因となっている。

特開平８−１６３７６６号公報

ディジタル保護制御装置の入力変換部は、保護対象である送電線などの電流、電圧を変流器、電圧変成器などで検出した信号を、入力変成器によりレベル変換し、あるいは絶縁をして内部取り込みする部分である。

１つの信号についての入力変換部は、電気回路的には図２のようなものであり、変流器、電圧変成器側に接続する端子台Ｔと、保護継電装置の制御部側に接続するコネクタＣとの間の回路部分が電子回路基板Ｐ上に構成され、ケースアースＥがされている。電子回路基板Ｐ上には、然るべき電気回路配線Ｍがされ、抵抗Ｒなどの回路部品が設置されている。但し、入力変成器ＩＴは、電子回路基板Ｐとは別に製作され、電子回路基板Ｐの一次端子Ｓ１，二次端子Ｓ２の間に接続される。

このように、１つの信号についての入力変換部は、電気回路的には簡単な構成のものであるが、実際には複数種類の変流器、電圧変成器から、かつ各相あるいは各線間ごとに信号を取り込むことになる。このため、入力変換ユニットとしては、図２の回路構成を複数備えたものとする必要がある。例えば、標準のディジタル保護継電装置は、１６信号を単位として入力変換ユニットを構成する。

入力変換ユニットは、上記のようなものであることから、従来の入力変換ユニットでは、入力変成器ＩＴが大きく質量が重い為、実装するユニットを強固とする必要があり金属の箱や板とする必要があった。このため、回路の接続は入力変成器ＩＴの口出し線を電子回路基板Ｐの一次端子Ｓ１，二次端子Ｓ２へ、手作業ではんだ付けする必要があり作業性が悪かった。また、入力変成器を入力変換ユニットに取付ける手作業が必要であり、作業性が悪かった。

さらに、従来の入力変換ユニットでは，高密度実装を目的とし、漏れ磁束が少ないトロイダルコアを採用しており、他の大電流配線からの誘導影響を設計上”０”としているが、微小な誘導影響値が発生し、部品のバラツキ程度次第で、誤差に対する影響が許容されない場合があることがあった。

以上のことから本発明においては、電力系統の電気量を測定する複数の入力変成器を簡便に効率よく実装することのできるディジタル保護制御装置の入力変換ユニットとその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的達成のため、本発明のディジタル保護制御装置の入力変換ユニットは、電力系統からの複数の電気量信号を端子台で受け、入力変成器でレベル変換した複数信号をコネクタに渡すための電気回路を装備し、
表面の一方端に端子台を配置し、表面の他方端にコネクタを配置し、一方端と他方端の間の表面に入力変成器を取り付けるための入力変成器固定部品を複数配置した電子回路基板と、電子回路基板を支持する為に電子回路基板裏面に取り付けられた補強金具を備え、入力変成器固定部品は、電子回路基板の表面から裏面に貫通して設置された導電端子と入力変成器を固定するための係止部分とを備え、
電子回路基板は、裏面においてハンダ処理されると共に、各入力変成器の導電端子と端子台およびコネクタの間の電気回路が電子回路基板の絶縁材内に実装され、
口出し線を備えた各入力変成器は、電子回路基板表面に取り付けられた入力変成器固定部品の導電端子に接続され、入力変成器固定部品の係止部分を用いて固定、取り付けられる。

また、ディジタル保護制御装置は保護制御盤内に装備され、保護制御盤のラックに入力変換ユニットを取り付け固定するときに、奥側に端子台が配置されて保護制御盤の背面側で高圧、大電流回路側配線を行い、保護制御盤の手前側にコネクタを配置して保護制御盤の表面扉側で低電圧、低電流側配線を行う。

上記目的達成のため、本発明のディジタル保護制御装置の入力変換ユニットの製造方法は、電力系統からの複数の電気量信号を端子台で受け、入力変成器でレベル変換した複数信号をコネクタに渡すための電気回路を装備し、
絶縁材の中に端子台からコネクタに至る電気回路配線を実装する電子回路基板の表面の一方端に端子台を配置し、表面の他方端にコネクタを配置し、
電子回路基板を支持する補強金具を電子回路基板裏面に取り付け、
電子回路基板の表面から補強金具裏面に貫通して設置された導電端子と、入力変成器を固定するための係止部分を表面に備える入力変成器固定部品を、電子回路基板の一方端と他方端の間の表面に複数配置し、
電子回路基板を、裏面においてハンダ処理し、
口出し線を備えた入力変成器を、入力変成器固定部品の係止部分を用いて固定し、
電子回路基板表面に取り付けられた入力変成器固定部品の導電端子に入力変成器の口出し線を接続する。

電力系統の電気量を測定する複数の入力変成器を簡便に効率よく実装することができる。

全ての入力変成器が収納された状態を示す図。１つの信号についての入力変換部の電気回路構成を示す図。入力変換ユニットの補強金具の一例を示す図。補強金具に電子回路基板を取り付けた状態を示す図。入力変成器取付け部に設置される入力変成器固定部品を示す図。電子回路基板に固定部品を取り付けた状態を示す図。固定部品に入力変成器を取り付けた状況を示す図。

以下、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説明する。

本発明のディジタル保護制御装置の入力変換ユニットを、その組み立て手順に従い、順次図示説明する。

従来においては、入力変成器ＩＴの重み支持のために、実装するユニットを強固とすべく金属の箱や板としていたが、本発明では図３の補強金具１により重みを支持する。図３左は、補強金具１の平面図、図３右は補強金具１の側面図であり、１１は最終的に組み立てられた入力変換ユニットを、保護制御盤のラックに取り付け固定する為の固定金具である。図３の補強金具１は、いわゆるフレームであり、フレームにより空間１２，１３が形成される。

図４は、図３の補強金具１に電子回路基板Ｐを取り付けた状態である。図４左は、その平面図、図４右は側面図である。図４の電子回路基板Ｐは、図２の単位電気回路を１６信号分搭載することができ、図３の補強金具１のフレーム部分位置に、各所でネジ２０にて固定される。

電子回路基板Ｐは、図３の空間１３に対応する部分に１６個の端子台Ｔと、１信号当り３個の一次回路側抵抗Ｒを搭載する。また電子回路基板Ｐは、図３の空間１２に対応する部分に１６個の入力変成器ＩＴ取付け部２１ａを形成している。絶縁性の各入力変成器ＩＴ取付け部２１ａのそれぞれには、貫通孔２２ａが例えば右側２個、左側３個設けられている。また、図４の電子回路基板Ｐは、左側に図２回路のコネクタＣを備える。

この配置から明らかなように、保護制御盤のラックに取り付け固定された状態では、奥側に変流器、電圧変成器側に接続する端子台Ｔが配置されるので、保護制御盤の背面側で高圧、大電流回路側配線を行うことになる。また、保護継電装置の制御部側に接続するコネクタＣは、保護制御盤の手前側に配置されるので、保護制御盤の表面扉側で低電圧、低電流側配線を行うことになる。

また、本発明では電子回路基板Ｐに、入力変成器ＩＴと電子回路基板Ｐとの間の配線を、モード化し、入力変成器ＩＴと電子回路基板Ｐとの配線作業をなくした。つまり、図２の端子台Ｔから抵抗Ｒを介して一次端子Ｓ１に至るまでの電気回路配線と、二次端子Ｓ２から抵抗を介してコネクタＣに至るまでの電気回路配線は、最初から電子回路基板Ｐの絶縁材の中で導体により結線されており、抵抗などの外部機器との接続に必要な部分のみが、別途電子回路基板Ｐの背面でハンダ処理されて接続される。

図５は、１６個の入力変成器ＩＴ取付け部２１ａのそれぞれに設置される入力変成器ＩＴ固定部品２１ｂである。絶縁材で作られた固定部品２１ｂは、右側に２個、左側に３個の導電端子２２ｂを備えており、導電端子２２ｂは図４の各入力変成器ＩＴ取付け部２１ａの貫通孔２２ａに対応する位置に配置される。そして導電端子２２ｂは、取付け部２１ａの貫通孔２２ａに貫装され、電子回路基板Ｐ背面でハンダ処理されて接続されることで、一体に構成される。

絶縁材で作られた固定部品２１ｂは、トロイダルコアで作成された入力変成器ＩＴを収納するものであり、入力変成器ＩＴのトロイダル形状に合わせた傾斜部２１ｂ１を２組有し、かつ傾斜部２１ｂ１の背面には入力変成器ＩＴを固定する為の引っ掛け部２１ｂ２を備えている。なお、入力変成器ＩＴの電気接続は、高圧大電流であることから、従来実績のある大電流用ケーブルを用い、入力変成器ＩＴの口出し線と導電端子２２ｂとの間を例えばラッピング接続する。

入力変成器ＩＴの口出し線と導電端子２２ｂとの接続、導電端子２２ｂが取付け部２１ａの貫通孔２２ａに貫装され、電子回路基板Ｐ背面でハンダ処理されて接続されること、並びに入力変成器ＩＴと電子回路基板Ｐとの間の配線がモード化されていることなどから明らかなように、導電端子２２ｂは一次端子Ｓ１あるいは二次端子Ｓ２を意味する。従って、入力変成器ＩＴの口出し線と導電端子２２ｂとを接続することで、電気回路的には図２回路が形成される。

図６は、図４の電子回路基板Ｐに固定部品２１ｂを取り付けた状態である。図６左は、その平面図、図６右は側面図である。固定部品２１ｂの取り付け状況は、平面図に傾斜部２１ｂ１が見えていることに現れている。

図７は、固定部品２１ｂに入力変成器ＩＴを取り付けた状況を示す図であり、右上の側面図によれば、固定部品２１ｂの傾斜部２１ｂ１が形成する円形空間にトロイダルコア形状の入力変成器ＩＴが収納され、コア中央の穴と傾斜部２１ｂ１背面の引っ掛け部２１ｂ２との間がバンド３１で固定されていることがわかる。図７左上の上面図によれば、口出し線３２が導電端子２２ｂに向かって延伸している。図７下の正面図によれば、口出し線３２が導電端子２２ｂに接続され、かつバンド３１が、引っ掛け部２１ｂ２で固定された様子がわかる。

図１は、最終的に全ての入力変成器ＩＴが収納された状態を示している。図１左は、その平面図、図１右は側面図である。入力変成器ＩＴがバンド３１で固定部品２１ｂに取り付けられ、入力変成器ＩＴの口出し線３２が導電端子２２ｂに接続されている様子が平面図から見て取れる。

本発明のディジタル保護制御装置の入力変換ユニットは、最終的に図１のように構成され、かつ図３，図４，図６、図１の順序で組み立てられていく。このように製造するに当り、各部部品や、組み立て手法上の工夫について以下説明する。

まず図３では、入力変成器ＩＴの質量により電子回路基板Ｐが破損しないように、軽量の補強金具を取付けた。

図４の各部接続では、入力変成器ＩＴと電子回路基板Ｐとの間の配線をモード化することにより、設計者・製造作業者毎の作りこみのバラツキをなくすことで、一定の品質を確保した。つまり、電子回路基板Ｐ内に電気回路配線を予め敷設しておくことにした。このときの配線のモードは、あらゆる回路実装状態を想定し、全て電圧／電圧変換回路（ＶＴ回路）の場合と、全て電流／電流変換回路（ＣＴ回路）を満足できる配線モードとした。

図５では、入力変成器ＩＴ用の専用固定部品２１ｂを使用した。専用固定部品２１ｂを、直接電子回路基板Ｐに取付けることで、自動ハンダフロー装置による実装を可能とし、従来の人手による取付け作業を軽減した。この入力変成器用の専用固定部品２１ｂは下記特徴をもつ。

専用固定部品２１ｂに取り付けられるトロイダルコア（入力変成器ＩＴ）は、幾つかの大きさのものがある。このため、数種類ある外形が異なるトロイダルコアに適用できるように、大きさ自体を最大径トロイダルコアにあわせ、固定方法は従来実績品の結束バンドを用いることで、品質面を満足させた。

専用固定部品２１ｂには、導電端子２２ｂを予め設けておく。トロイダルコア（入力変成器ＩＴ）の口出し線３２を、当該導電端子２２ｂに事前に取付けておく事で、入力変成器ＩＴを電子回路基板Ｐに取付けて、自動ハンダフロー装置による実装を可能とした。

また、入力変成器ＩＴには、電圧／電圧変換回路（ＶＴ回路）と、電流／電流変換回路（ＣＴ回路）があり、これらは図１のように上下左右に隣接して配置される。このように隣接配置するときに、漏れ磁束が少ないトロイダルコアを使用しているとはいえ、入力変成器に大電流を入力した場合、大電流ケーブルが発生する磁界によりトロイダルコアに誘導磁束が発生する。この誘導は、部品のバラツキによっては精度に対し無視できない誘導影響となる恐れがあり、この点について、下記により改善を実施するのがよい。

ＶＴ回路と、ＣＴ回路の位置関係を明確化し、ＣＴ回路の大電流ケーブルがＶＴ回路近辺を通過しないようにする。ＣＴ回路がＶＴ回路の近辺を通る場合は、磁性体シールド設置により影響を低減する。ＶＴ回路用トロイダルコア毎の誘導影響程度を確認し、最も誘導影響が少ないポイントにＣＴ回路の大電流ケーブルを固定する。

本発明によれば、入力変換ユニットを簡便に効率よく製造することができるので広く保護継電装置に適用できる。

Ｔ：端子台
Ｃ：コネクタ
Ｐ：電子回路基板
Ｅ：ケースアース
Ｍ：電気回路配線
Ｒ：抵抗
ＩＴ：入力変成器
Ｓ１：一次端子
Ｓ２：二次端子
１：補強金具
１１：固定金具
１２，１３：空間
２０：ネジ
２１ａ：入力変成器取付け部
２２ａ：貫通孔
２１ｂ：入力変成器固定部品
２２ｂ：導電端子
２１ｂ１：傾斜部
２１ｂ２：引っ掛け部
３１：バンド
３２：口出し線

Claims

電力系統からの複数の電気量信号を端子台で受け、入力変成器でレベル変換した複数信号をコネクタに渡すための電気回路を装備するディジタル保護制御装置の入力変換ユニットにおいて、
表面の一方端に前記端子台を配置し、表面の他方端に前記コネクタを配置し、前記一方端と他方端の間の表面に前記入力変成器を取り付けるための入力変成器固定部品を複数配置した電子回路基板と、該電子回路基板を支持する為に電子回路基板裏面に取り付けられた補強金具を備え、
前記入力変成器固定部品は、前記電子回路基板の表面から裏面に貫通して設置された導電端子と入力変成器を固定するための係止部分とを備え、
前記電子回路基板は、裏面においてハンダ処理されると共に、各入力変成器の導電端子と前記端子台および前記コネクタの間の電気回路が電子回路基板の絶縁材内に実装され、
口出し線を備えた各入力変成器は、前記電子回路基板表面に取り付けられた前記入力変成器固定部品の導電端子に接続され、前記入力変成器固定部品の係止部分を用いて固定、取り付けられることを特徴とするディジタル保護制御装置の入力変換ユニット。
請求項１記載のディジタル保護制御装置の入力変換ユニットにおいて、
ディジタル保護制御装置は保護制御盤内に装備され、保護制御盤のラックに入力変換ユニットを取り付け固定するときに、奥側に端子台が配置されて保護制御盤の背面側で高圧、大電流回路側配線を行い、保護制御盤の手前側にコネクタを配置して保護制御盤の表面扉側で低電圧、低電流側配線を行うことを特徴とするディジタル保護制御装置の入力変換ユニット。
電力系統からの複数の電気量信号を端子台で受け、入力変成器でレベル変換した複数信号をコネクタに渡すための電気回路を装備するディジタル保護制御装置の入力変換ユニットの製造方法において、
絶縁材の中に前記端子台から前記コネクタに至る電気回路配線を実装する電子回路基板の表面の一方端に前記端子台を配置し、表面の他方端に前記コネクタを配置し、
前記電子回路基板を支持する補強金具を前記電子回路基板裏面に取り付け、
前記電子回路基板の表面から前記補強金具裏面に貫通して設置された導電端子と、前記入力変成器を固定するための係止部分を表面に備える入力変成器固定部品を、前記電子回路基板の前記一方端と他方端の間の表面に複数配置し、
前記電子回路基板を、裏面においてハンダ処理し、
口出し線を備えた入力変成器を、前記入力変成器固定部品の係止部分を用いて固定し、
前記電子回路基板表面に取り付けられた前記入力変成器固定部品の導電端子に入力変成器の口出し線を接続する
ことを特徴とするディジタル保護制御装置の入力変換ユニットの製造方法。