JP5695158B2

JP5695158B2 - 事故電流高速検出回路

Info

Publication number: JP5695158B2
Application number: JP2013215577A
Authority: JP
Inventors: スンヒュンバン; ヘヨンパク; キョンホリ; チュンウクシム; ウォンジュンチェ; ミンジキム
Original assignee: LSIS Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2013-10-16
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2033-10-16
Also published as: US20140118001A1; KR20140055129A; EP2728691A1; EP2728691B1; KR101846221B1; JP2014089955A; CN103795022B; CN103795022A; ES2588255T3; US9093838B2

Description

本発明は、回路遮断器又は限流器に関し、特に、電力系統回路に発生した事故電流を高速かつ正確に検出し、トリップ制御信号を出力することのできる、事故電流高速検出回路に関する。

回路遮断器又は限流器は、電力系統回路（以下、回路という）に接続されて設けられ、回路に過電流や短絡電流などの事故電流が発生するとそれを検出し、トリップ動作（自動回路遮断）又は限流動作（回路の遮断による通電電流の制限）を行う電力機器である。

本発明は、このような回路遮断器又は限流器において、回路の事故電流の発生を高速に検出し、サージ電流の発生時にも誤動作を防止することができるので、事故電流検出の信頼性が高い、事故電流検出回路に関する。

以下、このような事故電流検出回路の従来の回路構成と動作（作用）について図４及び図５を参照して説明する。

まず、従来の事故電流検出回路の構成を説明する。

従来の事故電流検出回路は、電流検出部２００、微分器４００、第１比較回路部３００、第２比較回路部５００及びトリップ決定部６００を含む。

電流検出部２００は、電力回路ＣＬに流れる電流量を検出するように電力回路ＣＬに設置される第１変流器（ＣＴ（Current Transformer）とも呼ばれる。）２００ａと、第１変流器２００ａにより検出された電力回路ＣＬに流れる電流量を示す検出信号を入力（受信）し、小電流信号である電流検出信号１−１に変換して出力する第２変流器２００ｂとを含む。

微分器４００は、電流検出部２００の出力端に接続され、電流検出部２００から出力された電流検出信号１−１を微分し、時間の経過による電流変化量（ｄｉ／ｄｔ）、すなわち電流検出信号１−１の変化率（傾き）２−１を出力する。

第１比較回路部３００は、電流検出部２００の出力端に接続され、電流検出部２００から出力された電流検出信号１−１を所定の基準電流値１−２と比較し、電流検出信号１−１が基準電流値１−２以上であれば、これを示す第１出力信号１−３を出力する。

第２比較回路部５００は、微分器４００の出力端に接続され、微分器４００からの電流検出信号１−１の変化率２−１を所定の基準変化率値２−２と比較し、電流検出信号１−１の変化率２−１が基準変化率値２−２以上であれば、これを示す第２出力信号２−３を出力する。

トリップ決定部６００は、第１出力信号１−３及び第２出力信号２−３を受信するように第１比較回路部３００及び第２比較回路部５００に接続され、所定のサンプリング時間（１ミリ秒（ｍｓ））の間第１出力信号１−３及び第２出力信号２−３の受信が維持されると、トリップ制御信号３を出力する。

次に、このように構成される従来の事故電流検出回路の動作（作用）を説明する。

電流検出部２００から出力された電流検出信号１−１が基準電流値１−２以上のとき、第１比較回路部３００は、これを示す第１出力信号１−３を出力する。

また、微分器４００からの電流検出信号１−１の変化率２−１が基準変化率値２−２以上のとき、第２比較回路部５００は、これを示す第２出力信号２−３を出力する。

すると、トリップ決定部６００は、第１出力信号１−３及び第２出力信号２−３が同時に受信された最初の瞬間から所定時間（１ミリ秒）の間第１出力信号１−３及び第２出力信号２−３の同時受信が維持されるかによって、維持されればトリップ制御信号３を出力し、維持されなければトリップ制御信号３を出力しない。

図示していないが、トリップ制御信号３は、回路遮断器のトリップ機構のトリップコイルを励磁するように出力される。すると、前記トリップコイルの励磁による前記トリップ機構のアーマチュア及びトリップバーの回動により、開閉機構がトリップ動作を行い、可動接触子が固定接触子から分離されることにより、回路が自動で遮断されるトリップ動作が行われる。

しかし、前述したような従来の事故電流検出回路においては、第１出力信号１−３及び第２出力信号２−３が同時に受信されても、１ミリ秒遅延してトリップ決定部６００がトリップ制御信号３の出力を決定するため、当該時間のトリップ制御遅延をもたらすという問題があった。

また、前述したような従来の事故電流検出回路においては、事故電流検出回路に１ミリ秒を超えるサージ信号が入力される場合、回路が正常に通電しているにもかかわらず、トリップ制御信号を出力して回路を遮断することにより、不要な電力供給の遮断によりその被害が非常に大きくなることがあるという問題があった。

本発明は、このような従来技術の問題を解決するためになされたものであり、トリップ制御の決定時間が非常に短く、サージ信号に対する誤動作の可能性を最小限に抑えることのできる、事故電流高速検出回路を提供することを目的とする。

上記本発明の目的は、電力系統の電力回路に流れる電流を検出して電流検出信号を出力する電流検出部と、前記電流検出部から出力された電流検出信号を所定の基準電流値と比較し、前記電流検出信号が前記基準電流値以上であれば、これを示す第１出力信号を出力する第１比較回路部と、前記電流検出部から出力された電流検出信号を微分して前記電流検出信号の変化率を出力する微分器と、前記微分器からの電流検出信号の変化率を所定の基準変化率値と比較し、前記電流検出信号の変化率が前記基準変化率値以上であれば、これを示す第２出力信号を出力する第２比較回路部と、前記電流検出部から出力された電流検出信号を所定の電流検出限界基準値と比較し、前記電流検出信号が前記電流検出限界基準値以上であれば、これを示す第３出力信号を出力する第３比較回路部と、前記第１出力信号、前記第２出力信号及び前記第３出力信号を受信するように前記第１比較回路部、前記第２比較回路部及び前記第３比較回路部に接続され、所定の短時間の間前記第１出力信号及び前記第２出力信号の受信が維持されて前記第３出力信号は受信されないときにのみ、トリップ制御信号を出力するトリップ決定部とを含む、本発明による事故電流高速検出回路を提供することにより達成される。

本発明の好ましい一態様によれば、前記所定の短時間は、１００マイクロ秒（μｓ）である。

本発明の好ましい他の態様によれば、前記所定の短時間は、５０〜１００マイクロ秒（μｓ）の範囲で決定される。

本発明の好ましいさらに他の態様によれば、前記電流検出限界基準値は、電力系統の最大の故障電流値以上、定格電流の１４０倍の値以下の範囲で選択される値である。

本発明による事故電流高速検出回路においては、電流検出部から出力された電流検出信号を所定の基準電流値と比較し、電流検出信号が基準電流値以上であれば、これを示す第１出力信号を出力する第１比較回路部と、電流検出信号の変化率を所定の基準変化率値と比較し、電流検出信号の変化率が基準変化率値以上であれば、これを示す第２出力信号を出力する第２比較回路部と、電流検出部から出力された電流検出信号を所定の電流検出限界基準値と比較し、電流検出信号が電流検出限界基準値以上であれば、これを示す第３出力信号を出力する第３比較回路部と、所定の短時間（１００マイクロ秒）の間第１出力信号及び第２出力信号の受信が維持されて第３出力信号は受信されないときにのみ、トリップ制御信号を出力するトリップ決定部とを含むことにより、トリップ制御信号を出力するか否かを迅速に決定することができ、外部のサージ信号に対する誤動作を防止することができるという効果がある。

本発明による事故電流高速検出回路において、前記所定の短時間は、１００マイクロ秒であるため、トリップ制御信号を出力するか否かを非常に短い時間内に迅速に決定することができるという効果がある。

本発明による事故電流高速検出回路において、前記所定の短時間は、５０〜１００マイクロ秒の範囲で決定され、当該範囲は、一般的にサージ信号がピーク値に達するのに要する時間範囲であるため、該当短時間の間サージ信号が受信されるか否かによってトリップ制御信号を出力するか否かを決定することにより、サージ信号に対して誤動作することなく、トリップ制御信号を高速に出力することができるという効果がある。

本発明による事故電流高速検出回路において、前記電流検出限界基準値は、電力系統の最大の故障電流値以上、定格電流の１４０倍の値以下の範囲で選択された値であり、一般的にサージ電流（サージ信号）の電流値は定格電流の約１４０倍であるため、サージ信号を効果的に検出することができるという効果がある。

本発明の好ましい実施形態による事故電流高速検出回路の構成を示すブロック図である。回路に事故電流が発生してサージ電流は発生していない場合における、本発明の好ましい実施形態による事故電流高速検出回路の動作を示す信号波形図である。回路にサージ電流が発生した場合における、本発明の好ましい実施形態による事故電流高速検出回路の動作を示す信号波形図である。従来の事故電流検出回路の構成を示すブロック図である。従来の事故電流検出回路の動作を示す信号波形図である。

上記本発明の目的とそれを達成する本発明の構成及び作用効果は、添付の図面を参照した本発明の好ましい実施形態の後述する詳細な説明によりさらに明確に理解できるであろう。

まず、図１を参照して、本発明の好ましい実施形態による事故電流高速検出回路の構成を説明する。

図１に示すように、本発明の好ましい実施形態による事故電流高速検出回路は、電流検出部２００、第１比較回路部３００、微分器４００、第２比較回路部５００、第３比較回路部７００及びトリップ決定部６００を含む。

ここで、第１比較回路部３００、微分器４００、第２比較回路部５００、第３比較回路部７００及びトリップ決定部６００は、実際の製品において１つのマイクロプロセッサと当該マイクロプロセッサが処理するプログラムで実現することができる。

電流検出部２００は、電力系統の電力回路ＣＬに流れる電流を検出して電流検出信号１−１（図２及び図３参照）を出力する回路部である。電流検出部２００は、電力回路ＣＬに流れる電流を１次検出して１次電流検出信号を出力する第１変流器２００ａと、第１変流器２００ａから出力された１次検出電流信号をマイクロプロセッサが取り込み可能な小電流の２次電流検出信号である電流検出信号１−１に変換して出力する第２変流器２００ｂとを含んでもよい。

第１比較回路部３００は、電流検出部２００の出力端に接続され、電流検出部２００から出力された電流検出信号１−１を所定の基準電流値１−２（図２及び図３参照）と比較し、電流検出信号１−１が基準電流値１−２以上であれば、これを示す第１出力信号１−３（図２及び図３参照）を出力する。

微分器４００は、電流検出部２００の出力端に接続され、電流検出部２００から出力された電流検出信号１−１を微分し、電流検出信号１−１の変化率（傾き）２−１（図２及び図３参照）を出力する。

第２比較回路部５００は、微分器４００の出力端に接続され、微分器４００からの電流検出信号１−１の変化率２−１を所定の基準変化率値２−２（図２及び図３参照）と比較し、電流検出信号１−１の変化率２−１が基準変化率値２−２以上であれば、これを示す第２出力信号２−３（図２及び図３参照）を出力する。

第３比較回路部７００は、電流検出部２００の出力端に接続され、電流検出部２００から出力された電流検出信号１−１を所定の電流検出限界基準値４（図２及び図３参照）と比較し、電流検出信号１−１が電流検出限界基準値４以上であれば、これを示す第３出力信号５（図３参照）を出力する。

トリップ決定部６００は、第１出力信号１−３、第２出力信号２−３及び第３出力信号５を受信するように第１比較回路部３００、第２比較回路部５００及び第３比較回路部７００に接続される。

トリップ決定部６００は、所定の短時間の間第１出力信号１−３及び第２出力信号２−３の受信が維持されて第３出力信号５は受信されないときにのみ、トリップ制御信号３（図２参照）を出力する。

本発明の好ましい一態様によれば、前記所定の短時間は、１００マイクロ秒に予め決定され、例えばマイクロプロセッサのメモリに保存されていてもよい。ここで、１００マイクロ秒は、一般的にサージ電流の波形がピーク値に達するのに要する時間の最大値である。

本発明の好ましい他の態様によれば、前記所定の短時間は、５０〜１００マイクロ秒の範囲で予め決定され、例えばマイクロプロセッサのメモリに保存されていてもよい。ここで、５０〜１００マイクロ秒の範囲は、一般的にサージ電流の波形がピーク値に達するのに要する時間範囲である。

本発明の好ましいさらに他の態様によれば、前記電流検出限界基準値は、電力系統の最大の故障電流値以上、定格電流の１４０倍の値以下の範囲で選択された値である。

次に、図１〜図３を参照して、このように構成される本発明の好ましい実施形態による事故電流高速検出回路の動作を説明する。

このとき、第３比較回路部７００は、電流検出部２００から出力された電流検出信号１−１を所定の電流検出限界基準値４と比較する。

比較の結果、図２のように、電流検出限界基準値４以上であるサージ信号に該当する電流検出信号１−１がなければ、第３比較回路部７００は、第３出力信号５を出力しない。

すると、トリップ決定部６００は、第１出力信号１−３及び第２出力信号２−３が同時に受信された最初の瞬間から所定時間（１００マイクロ秒）の間、第１出力信号１−３及び第２出力信号２−３が同時に受信されると共に、第３比較回路部７００からの第３出力信号５が受信されなければ、回路に事故電流が発生したものであるので、トリップ制御信号３を出力する。

一方、比較の結果、図３のように、電流検出信号１−１が電流検出限界基準値４以上であれば、第３比較回路部７００は、これを示す第３出力信号５を出力する。

すると、トリップ決定部６００は、第１出力信号１−３及び第２出力信号２−３が同時に受信された最初の瞬間から所定時間（１００マイクロ秒）の間に、第１出力信号１−３及び第２出力信号２−３が同時に受信されると共に、第３比較回路部７００からの第３出力信号５も受信されれば、回路にサージ電流が発生したものであるので、トリップ制御信号３を出力しない。

図示していないが、トリップ制御信号３は、例えば回路遮断器のトリップ機構のトリップコイルを励磁するように出力される。すると、前記トリップコイルの励磁による前記トリップ機構のアーマチュア及びトリップバーの回動により、開閉機構がトリップ動作を行い、可動接触子が固定接触子から分離されることにより、回路が自動で遮断されるトリップ動作が行われ、事故電流から回路及び回路に接続された負荷機器が保護される。

２００電流検出部
２００ａ第１変流器
２００ｂ第２変流器
３００第１比較回路部
４００微分器
５００第２比較回路部
６００トリップ決定部
７００第３比較回路部

Claims

事故電流高速検出回路において、
電力系統の電力回路に流れる電流を検出して電流検出信号を出力する電流検出部と、
前記電流検出部から出力された電流検出信号を所定の基準電流値と比較し、前記電流検出信号が前記基準電流値以上であれば、これを示す第１出力信号を出力する第１比較回路部と、
前記電流検出部から出力された電流検出信号を微分して前記電流検出信号の変化率を出力する微分器と、
前記微分器からの電流検出信号の変化率を所定の基準変化率値と比較し、前記電流検出信号の変化率が前記基準変化率値以上であれば、これを示す第２出力信号を出力する第２比較回路部と、
前記電流検出部から出力された電流検出信号を所定の電流検出限界基準値と比較し、前記電流検出信号が前記電流検出限界基準値以上であれば、これを示す第３出力信号を出力する第３比較回路部と、
前記第１出力信号、前記第２出力信号及び前記第３出力信号を受信するように前記第１比較回路部、前記第２比較回路部及び前記第３比較回路部に接続され、所定の短時間の間前記第１出力信号及び前記第２出力信号の受信が維持されて前記第３出力信号は受信されないときにのみ、トリップ制御信号を出力するトリップ決定部と
を含むことを特徴とする事故電流高速検出回路。
前記所定の短時間は、１００マイクロ秒（μｓ）であることを特徴とする請求項１に記載の事故電流高速検出回路。
前記所定の短時間は、５０〜１００マイクロ秒（μｓ）の範囲で決定されることを特徴とする請求項１に記載の事故電流高速検出回路。