JP6193672B2

JP6193672B2 - 三相欠相保護装置及び三相欠相保護方法

Info

Publication number: JP6193672B2
Application number: JP2013163823A
Authority: JP
Inventors: 雄一菅原; 深大佐藤; 俊介加藤
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2013-08-07
Filing date: 2013-08-07
Publication date: 2017-09-06
Anticipated expiration: 2033-08-07
Also published as: JP2015033306A

Description

本発明は三相欠相保護装置及び三相欠相保護方法に係り、特に、三相交流電源に交流遮断器を介して三相平衡負荷が接続されている電力系統に接続され、三相平衡負荷の欠相を検出し、機器の保護を行うものに好適な三相欠相保護装置及び三相欠相保護方法に関するものである。

通常、三相交流電源から三相平衡負荷（主に回転機）まで正しく３本のケーブルが接続され、三相平衡負荷が定格出力を超えない状態のときは、三相平衡負荷は正常な運転を続ける。しかし、三相平衡負荷の欠相が生じた場合は残りの二相に過電流が流れ、過電流が流れ続けたまま運転すると絶縁物等が焼損に至る恐れがある。

また、三相平衡負荷が欠相状態では、三相交流電源に接続されたままの二相は、２倍程度の過電流が流れるようになるが、中程度の負荷率で運転中に三相平衡負荷に欠相が生じると、過電流保護だけでは焼損を防止できない場合があるため、三相平衡負荷の欠相保護が必要である。

このような三相平衡負荷の欠相保護に関しては、例えば、特許文献１及び２に記載されたものがある。

この特許文献１は、電源装置の欠相判定方法及び欠相判定回路に関するものであり、部品点数（変流器）の削減を目的として、出力線の二相に２個の変流器を設け、この変流器で検出された二相の電流信号を取り込んで加算及び符号反転の演算を行い、変流器が設けられていない相の電流信号を得ても良いこと、２個の変流器の二次側で得られる微弱な電流信号をＡ/Ｄ変換して制御部に取り込み、制御部のディジタル演算機能によって加算及び符号反転の演算を行うこと、更に、発電機出力電流を直接的に検出する変流器を３個から２個に節約することができて、電源装置のコストダウンに寄与することが記載されている。

一方、特許文献２は、三相交流電源を電源とする機器の保護を行う三相欠相検出回路に関するものであり、実装面積への影響を小さくし、コストアップも低減することを目的とし、各相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）のうちの二相（Ｒ相、Ｓ相）の電流を検出するＲ相電流検出回路、Ｓ相電流検出回路が設けられ、それぞれの位相が比較され、比較出力は制御部へ入力されて、制御部は、それらの入力に応じ開閉器を制御することで欠相保護が行われることが記載されている。

特開２００９−５５７３９号公報特開２００６−１０９６７０号公報

従来は、三相欠相保護には三相交流電源の各相の電流を取り込み、各相の電流にて負荷の欠相を判断する必要があった。このため三相電流を取り込み三相検出するために、各相に計器用変流器を配置し、かつ、保護継電器も三相の電流取り込み回路を搭載する必要があった。

従って、従来の構成では、計器用変流器を配置する盤及び保護継電器の実装面積を大きくする必要がある課題とコストアップの課題を有していた。また、計器用変流器及び保護継電器の電流取り込み回路が多ければ部品点数が多くなり、結果として故障率の増加につながる課題を有していた。

これらを解決するために、特許文献１及び２に記載されたものが提案されているが、いずれの場合も、制御部での欠相判断が確実に行なわれているとは言い難く、確実な機器の保護が望まれていた。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、保護継電器の実装面積を大きくすることなく、コストアップの課題を解決することは勿論、部品点数が増加することなく、確実に機器の保護を行うことができる三相欠相保護装置及び三相欠相保護方法を提供することにある。

本発明の三相欠相保護装置は、上記目的を達成するために、三相交流電源に交流遮断器を介して三相平衡負荷が接続されている電力系統に接続される三相欠相保護装置であって、前記三相欠相保護装置は、前記三相交流電源のうちの二相の電流を検出する電流検出器と、該電流検出器で検出された前記三相交流電源の二相の電流が入力されるアナログ入力部と、該アナログ入力部からの信号をディジタル信号に変換するアナログディジタル変換部と、該アナログディジタル変換部からのディジタル信号である前記三相交流電源の二相の入力電流値と位相角に基づいて前記三相交流電源の残りの一相の電流値を算出すると共に、この算出された各相の電流値に基づいて前記三相平衡負荷の欠相を判断する演算処理部と、該演算処理部により前記三相平衡負荷の欠相が検出された場合に、前記交流遮断器に開極指令を与える制御信号出力部とを備え、前記演算処理部では、算出された各相の電流値から不平衡率を求め、この不平衡率が予め設定された設定値を超えた場合に、前記三相平衡負荷の欠相と判断し、前記制御信号出力部より前記交流遮断器に開極指令を出力して前記交流遮断器を開極し負荷電流を遮断するものであり、前記不平衡率は、下式にて不平衡係数（Ｋ）が算出され、この算出された不平衡係数（Ｋ）が予め設定された設定値を超えた場合に、前記三相平衡負荷の欠相と判断することを特徴とする。

Ｋ＝２（Ｉｍａｘ−Ｉａｖｅ）／Ｉａｖｅ
Ｉｍａｘ：最大相電流（Ｉ_Ｒ、Ｉ_Ｓ、Ｉ_Ｔの最大値）
Ｉａｖｅ：三相平均電流（Ｉａｖｅ＝（Ｉ_Ｒ＋Ｉ_Ｓ＋Ｉ_Ｔ）／３）

また、本発明の三相欠相保護方法は、上記目的を達成するために、三相交流電源に交流遮断器を介して三相平衡負荷が接続されている電力系統に接続されている三相欠相保護装置で前記三相平衡負荷の欠相を検出し、機器を保護する三相欠相保護方法であって、前記三相交流電源のうちの二相の電流を電流検出器で検出し、該電流検出器で検出された前記三相交流電源の二相の電流が入力されるアナログ入力部からの信号を、アナログディジタル変換部でディジタル信号に変換し、該アナログディジタル変換部からのディジタル信号である前記三相交流電源の二相の入力電流値と位相角に基づいて演算処理部で前記三相交流電源の残りの一相の電流値を算出すると共に、この算出された各相の電流値から不平衡率を求め、この不平衡率が予め設定された設定値を超えた場合に、前記三相平衡負荷の欠相と判断し、かつ、前記演算処理部により前記三相平衡負荷に欠相が検出された場合に、制御信号出力部より前記交流遮断器に開極指令を与え、該交流遮断器を開極して負荷電流が遮断され、前記不平衡率は、下式にて不平衡係数（Ｋ）が算出され、この算出された不平衡係数（Ｋ）が予め設定された設定値を超えた場合に、前記三相平衡負荷の欠相と判断することを特徴とする。

本発明によれば、保護継電器の実装面積を大きくすることなく、コストアップの課題を解決することは勿論、部品点数が増加することなく、確実に機器の保護を行うことができる。

本発明の三相欠相保護装置の実施例１を示す構成図である。

以下、図示した実施例に基づいて本発明の三相欠相保護装置及び三相欠相保護方法を説明する。

図１に、本発明の三相欠相保護装置の実施例１を示す。該図に示す如く、本実施例の三相欠相保護装置１１は、三相交流電源１に交流遮断器４を介して三相平衡負荷２が接続されている電力系統１０に接続されている。

そして、本実施例の三相欠相保護装置１１は、三相交流電源１のうちの第１相目（Ｒ相）と第３相目（Ｔ相）の二相の電流を検出する電流検出器である２つの計器用変流器３Ａ及び３Ｂと、この計器用変流器３Ａ及び３Ｂで検出された三相交流電源１の第１相目（Ｒ相）と第３相目（Ｔ相）の電流が入力されるアナログ入力部であるアナログ入力回路６と、このアナログ入力回路６からの信号をディジタル信号に変換するアナログディジタル変換部であるアナログディジタル変換回路７と、このアナログディジタル変換回路７からのディジタル信号である三相交流電源１の第１相目（Ｒ相）と第３相目（Ｔ相）の入力電流値と位相角に基づいて三相交流電源１の残りの一相である第２相目（Ｓ相）の電流値を算出すると共に、この算出された各相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）の電流値に基づいて三相平衡負荷２の欠相を判断する演算処理部８と、この演算処理部８により三相平衡負荷２に欠相が検出された場合に、交流遮断器４に開極指令を与える制御信号出力部である制御出力回路９とから概略構成されている。

更に、詳述すると、電力系統１０において、三相交流電源１に交流遮断器４を介して三相平衡負荷２が接続され、三相交流電源１から三相平衡負荷２の間には、電流を検出する計器用変流器３Ａ及び３Ｂが第１相目（Ｒ相）及び第３相目（Ｔ相）に配置されている。計器用変流器３Ａ及び３Ｂの電流出力は、保護継電器５のアナログ入力回路６に接続され、小電流へと変換され、その出力はアナログディジタル変換回路７へ入力され、ここで、演算処理部８で演算可能なディジタル信号に変換される。

また、演算処理部８では、第１相目（Ｒ相）と第３相目（Ｔ相）の電流の実効値演算を行い、その電流値と位相角から間接的に第２相目（Ｓ相）の電流を算出する。この算出された、各相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）の電流値から不平衡率を求め、三相平衡負荷２の欠相の判断をする。

上述した不平衡率は、下記の数１にて算出される。ここで、不平衡係数（Ｋ）が、予め設定された設定値を超えた場合に欠相と判断し、制御出力回路９より交流遮断器４の遮断指令を出力して、交流遮断器４を開極して負荷電流を遮断するものである。

このような本実施例によれば、保護継電器５の実装面積を大きくすることなく、コストアップの課題を解決することは勿論、部品点数が増加することなく、確実に機器の保護を行うことができる効果がある。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…三相交流電源、２…三相平衡負荷、３Ａ、３Ｂ…計器用変流器、４…交流遮断器、５…保護継電器、６…アナログ入力回路、７…アナログディジタル変換回路、８…演算処理部、９…制御出力回路、１０…電力系統、１１…三相欠相保護装置。

Claims

三相交流電源に交流遮断器を介して三相平衡負荷が接続されている電力系統に接続される三相欠相保護装置であって、
前記三相欠相保護装置は、前記三相交流電源のうちの二相の電流を検出する電流検出器と、該電流検出器で検出された前記三相交流電源の二相の電流が入力されるアナログ入力部と、該アナログ入力部からの信号をディジタル信号に変換するアナログディジタル変換部と、該アナログディジタル変換部からのディジタル信号である前記三相交流電源の二相の入力電流値と位相角に基づいて前記三相交流電源の残りの一相の電流値を算出すると共に、この算出された各相の電流値に基づいて前記三相平衡負荷の欠相を判断する演算処理部と、該演算処理部により前記三相平衡負荷の欠相が検出された場合に、前記交流遮断器に開極指令を与える制御信号出力部とを備え、
前記演算処理部は、算出された各相の電流値から不平衡率を求め、この不平衡率が予め設定された設定値を超えた場合に、前記三相平衡負荷の欠相と判断し、前記制御信号出力部より前記交流遮断器に開極指令を出力して前記交流遮断器を開極し負荷電流を遮断するものであり、
前記不平衡率は、下式にて不平衡係数（Ｋ）が算出され、この算出された不平衡係数（Ｋ）が予め設定された設定値を超えた場合に、前記三相平衡負荷の欠相と判断することを特徴とする三相欠相保護装置。

Ｋ＝２（Ｉｍａｘ−Ｉａｖｅ）／Ｉａｖｅ
Ｉｍａｘ：最大相電流（Ｉ_Ｒ、Ｉ_Ｓ、Ｉ_Ｔの最大値）
Ｉａｖｅ：三相平均電流（Ｉａｖｅ＝（Ｉ_Ｒ＋Ｉ_Ｓ＋Ｉ_Ｔ）／３）
請求項１に記載の三相欠相保護装置において、
前記電流検出器は、前記三相交流電源の任意の二相に接続されていることを特徴とする三相欠相保護装置。
三相交流電源に交流遮断器を介して三相平衡負荷が接続されている電力系統に接続されている三相欠相保護装置で前記三相平衡負荷の欠相を検出し、機器を保護する三相欠相保護方法であって、
前記三相交流電源のうちの二相の電流を電流検出器で検出し、該電流検出器で検出された前記三相交流電源の二相の電流が入力されるアナログ入力部からの信号を、アナログディジタル変換部でディジタル信号に変換し、該アナログディジタル変換部からのディジタル信号である前記三相交流電源の二相の入力電流値と位相角に基づいて演算処理部で前記三相交流電源の残りの一相の電流値を算出すると共に、この算出された各相の電流値から不平衡率を求め、この不平衡率が予め設定された設定値を超えた場合に、前記三相平衡負荷の欠相と判断し、かつ、前記演算処理部により前記三相平衡負荷に欠相が検出された場合に、制御信号出力部より前記交流遮断器に開極指令を与え、該交流遮断器を開極して負荷電流が遮断され、
前記不平衡率は、下式にて不平衡係数（Ｋ）が算出され、この算出された不平衡係数（Ｋ）が予め設定された設定値を超えた場合に、前記三相平衡負荷の欠相と判断することを特徴とする三相欠相保護方法。

Ｋ＝２（Ｉｍａｘ−Ｉａｖｅ）／Ｉａｖｅ
Ｉｍａｘ：最大相電流（Ｉ_Ｒ、Ｉ_Ｓ、Ｉ_Ｔの最大値）
Ｉａｖｅ：三相平均電流（Ｉａｖｅ＝（Ｉ_Ｒ＋Ｉ_Ｓ＋Ｉ_Ｔ）／３）
請求項３に記載の三相欠相保護方法において、
前記電流検出器で検出する前記三相交流電源の二相の電流は、前記三相交流電源の第１相目と第３相目の電流であることを特徴とする三相欠相保護方法。