JP6780488B2

JP6780488B2 - 保護継電器

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Publication number: JP6780488B2
Application number: JP2016244407A
Authority: JP
Inventors: 出田　清純; 清純出田; 熊谷　隆; 隆熊谷; 将也和田崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2020-11-04
Anticipated expiration: 2036-12-16
Also published as: JP2018098993A

Description

この発明は、保護継電器に関し、特に保護継電器の動作履歴を表示する動作表示器を備えた保護継電器に関する。

保護継電器は、電力系統から入力される電流量等から電力系統の事故等の異常を検出して遮断器等を動作させ、異常区間を電力系統から切り離すことで電力系統および各種電気機器を保護する機器である。また、保護継電器は、遮断器等を動作させる動作信号を出力したことの表示（以下、動作表示という）を行う動作表示器を備えている。この動作表示器によって、保守・運用者は、異常発生時や保守点検時に保護継電器の動作状態の確認を行う。

ところで、保護継電器の中には、電力系統から保護継電器の制御用電源の電力を得ているものがある。この種の保護継電器は、遮断器等が動作し電力系統から切り離されると、保護継電器の制御用電源を失う。そのため、従来のこの種の保護継電器では、制御用電源を失った後も動作表示を保持するため、動作表示の保持に電力を必要としない磁気反転式の動作表示器を用いていた。磁気反転式の動作表示器は、動作信号が出力されると、鉄心に巻かれたコイルに電流を供給することで発生する磁力によって、永久磁石を有する可動部が反転して動作表示を行っていた。

実開昭６２−５７８８４号公報

上記した磁気反転式の動作表示器は、鉄心の残留磁気で動作表示を保持するため、電磁ノイズ等によって鉄心の磁極が変化すると、可動部は再び反転してしまい、動作表示が保持されないという課題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、電磁ノイズ等によって鉄心の磁極が変化した場合でも動作表示を保持する動作表示器を備えた保護継電器を得るものである。

この発明に係る保護継電器は、動作時に通電されるコイルと、コイルが巻きつけられた鉄心と、コイルおよび鉄心を収納する外枠と、鉄心と引き合う第１の磁力を発生させることで外枠内に収まり、コイルが通電すると鉄心と反発する第２の磁力によって水平方向に移動して外枠の外部に露出する可動部と、を有する動作表示器を備えたものであって、コイルに通電されていない状態において、外枠の外部に露出した可動部は、鉄心と引き合う第３の磁力よりも、外枠と可動部との間に生じる摩擦力が大きい。

上記のように構成された保護継電器は、電力系統から切り離された状態において制御用電源を失った後においても、可動部が外枠の外部に露出することで可動部と鉄心との距離が大きくなり、可動部と鉄心との間の磁力が小さくなるため、電磁ノイズ等によって鉄心の磁極が変化した場合でも動作表示を保持することができる。

実施の形態１を示す保護継電器の構成図である。実施の形態１を示す保護継電器の斜視図である。実施の形態１を示す保護継電器の断面図である。実施の形態１を示す動作表示器の分解図である。実施の形態１を示す定常時における動作表示器の断面図である。実施の形態１を示す動作時における動作表示器の断面図である。実施の形態１の変形例１を示す保護継電器の断面図である。実施の形態１の変形例２を示す保護継電器の断面図である。実施の形態２を示す動作表示器の分解図である。実施の形態３を示す定常時における保護継電器の断面図である。実施の形態３を示す動作時における保護継電器の断面図である。実施の形態４を示す定常時における保護継電器の断面図である。実施の形態４を示す動作時における保護継電器の断面図である。

（実施の形態１）
以下では、一実施形態である保護継電器１００Ａの概略構成について図１を用いて説明する。

（保護継電器１００Ａの概略構成）
保護継電器１００Ａは、電力系統から収集した電圧および電流の情報に基づいて演算処理を行うことで、電力系統に事故等の異常が発生したことを検出し、遮断器等を動作させるための動作信号を出力する。これにより、異常区間を電力系統から切り離し、電力系統および各種電気機器の保護を行う。なお、電流および電圧のいずれか一方のみを演算処理に使用する場合、保護継電器１００Ａは、演算に必要な電流または電圧のいずれか一方を収集するように構成されていてもよい。

保護継電器１００Ａは、具体的には、入力回路１０２、演算回路１０４、出力回路１０６および動作表示器１０８で構成される。入力回路１０２は、図示しない変成器から入力された電力系統における電圧および電流のアナログ信号をディジタル信号に変換する。演算回路１０４は、入力回路１０２からのディジタル信号を用いて各種の演算処理を行い、電力系統に事故等の異常が発生したことを検出し、図示しない遮断器等を動作させるか否かの判定（以下、動作判定という）を行う。出力回路１０６は、演算回路１０４の動作判定の結果に基づき、遮断器等を動作させるための動作信号を出力するとともに、動作表示器１０８に表示信号を出力する。動作表示器１０８は、表示信号を受けて動作表示を行う。動作表示の詳細については後述する。

なお、保護継電器１００Ａは、図示しない変成器の２次側から保護継電器１００Ａの制御用電源の電力を得ている。すなわち、保護継電器１００Ａは、電力系統から制御用電源の電力を得ている。そのため、遮断器等が動作して保護継電器１００Ａが電力系統から切り離された状態では、保護継電器１００Ａは制御用電源を失う。

図２は、保護継電器１００Ａの外観を示す斜視図である。保護継電器１００Ａは筐体１１０および操作パネル１２０を備えている。

筐体１１０は円筒状の容器であり、内部には保護継電器１００Ａを動作させるために必要な回路（演算回路等）が実装された後述する正面基板１３０および平面基板１３２が収納されている。

操作パネル１２０は直方体状であり、筐体１１０に取り付けられている。操作パネル１２０の表面には数値表示確認窓１２２、操作部用窓１２４および動作表示確認窓１２６が設けられている。数値表示確認窓１２２は、後述する数値表示部１３４を確認するために設けられた開口部である。操作部用窓１２４は、後述する操作部１３６を操作するために設けられた開口部である。動作表示確認窓１２６は、後述する動作表示器２００Ａの表示を確認するために設けられた開口部である。

図３は、保護継電器１００Ａの内部構造を示す断面図である。筐体１１０の内部には、正面基板１３０と平面基板１３２とが収納されている。正面基板１３０および平面基板１３２は、筐体１１０内に固定されており、保護継電器１００Ａを動作させるために必要な回路（演算回路等）が実装されている。また、正面基板１３０には、数値表示部１３４が実装されている。数値表示部１３４は、例えば７セグメントＬＥＤ等で構成されており、計測値等の各種数値を表示する。正面基板１３０には、操作部１３６も実装されている。操作部１３６は、つまみやボタンで構成されており、表示したい数値の選択や、各種設定を行う。操作部１３６は、操作に必要な数が設けられており、例えば２つ設けられている。平面基板１３２には、動作表示器２００Ａが実装されている。動作表示器２００Ａは、動作表示に必要な数が設けられており、例えば３つ設けられている。

動作表示器２００Ａは、可動部２１０および固定部２２０を備えている。電力系統に異常が発生していない正常時（以下、定常時という）、可動部２１０は、固定部２２０内に収納されている。電力系統に異常が発生し、動作表示器２００Ａが表示信号を受けた時（以下、動作時という）、可動部２１０は水平方向に移動して固定部２２０の外部に露出する。なお、図３に示す動作表示器２００Ａは、可動部２１０が固定部２２０の外部に露出した状態を示している。動作表示器２００Ａは、可動部２１０が固定部２２０の外部に露出した時に、少なくとも当該可動部２１０が、動作表示確認窓１２６から保護継電器１００Ａの外側に露出する位置に設けられている。

（動作表示器２００Ａの構成）
図４は、動作表示器２００Ａの構成を示す分解図である。前述したが、動作表示器２００Ａは可動部２１０および固定部２２０を備えている。

可動部２１０は、直方体状の第１部分２１２と、方形を成す平板状の第２部分２１４とを有している。また、第１部分２１２は、第２部分２１４の主面に接合されている。そして、第２部分２１４の主面と直交する方向から可動部２１０を見ると、第２部分２１４は第１部分よりも大きい。また、可動部２１０の内部には永久磁石２１６が固定されている。

固定部は、外枠２３０、ボビン２４０、鉄心２５０およびコイル２６０で構成される。外枠２３０は、直方体状の筒であり、対向する１対の面に第１の開口部２３２と第２の開口部２３４が設けられている。つまり、外枠２３０には、第１の開口部２３２から第２の開口部２３４まで達する孔が形成されている。第１の開口部２３２を備えた面には、内側に突出したリブ部２３６が形成されており、当該リブ部２３６の内側の端部に第１の開口部２３２は設けられている。ボビン２４０は、１対の第１の板２４２と第２の板２４４とその間に固定された中空軸２４６とを備える。中空軸２４６の内側には、鉄心２５０が固定され、中空軸２４６の外側にはコイル２６０が巻かれている。また、第２の板２４４には、コイル２６０の一端と電気的に接続されている第１の端子２４７と、コイル２６０の他端と電気的に接続されている第２の端子２４８が形成されており、図示しない保護継電器の平面基板に電気的に接続されている。

ボビン２４０、鉄心２５０およびコイル２６０は、外枠２３０内に収納され、固定されている。具体的には、ボビン２４０の第２の板２４４は、外枠２３０の第２の開口部２３３４を塞ぐように収納され、第１の端子２４７および第２の端子２４８が外枠２３０の外側に突出している。可動部２１０は、外枠２３０内に収納されており、外枠２３０の第１の開口部２３２の内径は、可動部２１０の第２部分２１４の外径よりも小さく、第１部分２１２の外径よりも大きい。そのため、可動部２１０は水平方向に移動することができ、可動部２１０の第１部分２１２の少なくとも一部が外枠２３０の外部に露出することができる構成である。

（動作表示器２００Ａの動作）
図５および図６は、定常時および動作時における動作表示器２００Ａを示す断面図である。図５は定常時、図６は動作時を示している。

図５において、定常時は、動作表示器２００Ａの可動部２１０は、永久磁石２１６によって発生する鉄心２５０と引き合う第１の磁力によって外枠２３０内に収まり、第１の板２４２と接している。

動作時、すなわち動作表示器２００Ａが表示信号を受けた時は、可動部２１０と鉄心２５０とが反発する第２の磁力によって可動部２１０が水平方向に移動するのに必要な電流をコイル２６０に対して供給する。これにより、図６に示すように、可動部２１０は第１の板２４２と接した状態から水平方向に移動して、可動部２１０の第２部分２１４が外枠２３０のリブ部２３６と接する状態となる。つまり、可動部２１０の第１部分２１２の一部が外枠２３０の外部に露出する。その結果、保護継電器の外部から見て、露出した可動部２１０を確認することができる。すなわち、動作表示を確認することができる。なお、コイル２６０に供給される電流は、図示しない変成器の２次側の電圧に基づいて生成される。

遮断器等が動作し保護継電器が電力系統から切り離された状態では、保護継電器は制御用電源を失う。そのため、制御用電源を失った後には、コイル２６０には電流が供給されない。この状態において、外枠２３０の外部に露出した可動部２１０は、鉄心２５０と引き合う第３の磁力よりも外枠２３０と可動部２１０との間に生じる摩擦力の方が大きい。そのため、可動部２１０は外枠２３０の外部に露出した状態、すなわち動作表示を保持する。

電力系統の事故等の異常が復旧され、動作表示器２００Ａの動作表示を復帰（リセット）する場合は、保守・運用者が外枠２３０の外部に露出した可動部２１０を水平方向に第１の板２４２に接するまで押し込むことで、可動部２１０は外枠２３０との距離が小さくなり、再び第１の磁力によって外枠２３０内に収納された状態を保持する。

（効果）
以上述べたように、本実施例にて示した動作表示器２００Ａを備えた保護継電器１００Ａにあっては、電磁ノイズ等によって鉄心２５０の磁極が変化した場合でも動作表示を保持することができる。従来の保護継電器に用いていた磁気反転式の動作表示器は、可動部が反転することで動作表示を行っていたので、動作表示後においても可動部と鉄心との距離は変わらない。一方、本実施例の動作表示器２００Ａは、可動部２１０が水平方向に移動することで動作表示を行うので、動作表示後は可動部２１０と鉄心２５０との距離が大きくなる。可動部２１０と鉄心２５０との距離が大きくなるほど可動部２１０と鉄心２５０との間に発生する磁力は小さくなるため、電磁ノイズ等によって鉄心２５０の磁極が変化した場合でも動作表示を保持することができる。

また、本実施例の保護継電器１００Ａの動作表示器２００Ａによれば、可動部２１０が外枠２３０から露出しているか否かを手で触れて判別することができる。そのため、視覚に障害がある保守・運用者であっても、動作表示されているか否かを容易に判別することができる。

なお、可動部２１０は、外枠２３０や保護継電器１００Ａの操作パネル１２０等と異なる色（例えば赤色）で着色されていてもよい。可動部２１０を着色することで、動作表示の視認性をより高めることができる。

（第１変形例）
本実施例の第１変形例の保護継電器１００Ｂでは、図７に示すように、動作表示器２００Ｂが正面基板１３０に実装されている。

このように、動作表示器２００Ｂを正面基板１３０に設けても、実施の形態１の保護継電器１００Ａと同様の効果を奏する。また、動作表示器２００Ｂを正面基板１３０に設けることで、平面基板を不要とすることができ、部品点数を削減する効果も奏する。

本実施例の保護継電器１００Ｂにおける他の構成は、実施の形態１の保護継電器１００Ａと同様である。したがって、保護継電器１００Ｂにおいて、動作表示器２００Ｂを正面基板１３０に設けたことに関する事項以外の説明は実施の形態１の保護継電器１００Ａで説明のとおりである。

（第２変形例）
本実施例の第２変形例の保護継電器１００Ｃでは、図８に示すように、動作表示器２００Ｃが筐体１１０に着脱可能に固定されている。

動作表示器２００Ｃの固定部２２０に設けられた図示しないコイルの一端および他端は、それぞれ２本のリード線２０２に電気的に接続されている。２本のリード線２０２は、コネクタ３００に接続されており、当該コネクタ３００は平面基板１３２に実装されている。また、２本のリード線２０２とコネクタ３００とは、着脱可能に設けられている。

このように、動作表示器２００Ｃを筐体１１０に設けても、実施の形態１の保護継電器１００Ａと同様の効果を奏する。また、動作表示器２００Ｃは、筐体１１０に着脱可能に固定されているので、動作表示器２００Ｃが故障した場合等に動作表示器２００Ｃだけを容易に交換することができる。さらに、動作表示器２００Ｃを平面基板１３２に直接実装した場合と比べて、平面基板１３２の実装面積を削減することもできる。

本実施例の保護継電器２００Ｃにおける他の構成は、実施の形態１の保護継電器１００Ａと同様である。したがって、保護継電器１００Ｃにおいて、動作表示器２００Ｃを筐体１１０に設けたことに関する事項以外の説明は実施の形態１の保護継電器１００Ａで説明のとおりである。

（実施の形態２）
実施の形態２の保護継電器の動作表示器２００Ｄの構成について図９を用いて説明する。本実施例の保護継電器に用いる動作表示器２００Ｄは、実施の形態１である保護継電器１００Ａの動作表示器２００Ａに対して、弾性体としてばね２７０をさらに設けたものである。

ばね２７０は、例えばコイルばねであり、ボビン２４０と可動部２１０との間に設けられ、外枠２３０内に収納される。第１の板２４２には、環状の溝２４９が形成されており、ばね２７０の一端が溝２４９に挿入され固定されている。ばね２７０の他端は、可動部２１０を押圧可能に設けられている。つまり、ばね２７０は可動部２１０を水平方向に押し出すように設けられる。

定常時は、動作表示器２００Ｄの可動部２１０は、永久磁石２１６によって発生する鉄心２５０と引き合う第１の磁力によって外枠２３０内に収まり、第１の板２４２と接している。動作時、すなわち動作表示器２００Ｄが表示信号を受けた時は、可動部２１０と鉄心２５０とが反発する第２の磁力によって可動部２１０が水平方向に移動するのに必要な電流をコイル２６０に対して供給する。これにより、可動部２１０は第１の板２４２と接した状態から水平方向に移動して、可動部２１０の第１部分２１２の一部が外枠２３０の外部に露出する。保護継電器が電力系統から切り離され、コイル２６０に電流が供給されない状態において、外枠２３０の外部に露出した可動部２１０は、鉄心２５０と引き合う第３の磁力よりも、ばね２７０による鉄心２５０と反発する弾性力の方が大きい。そのため、可動部２１０は外枠２３０の外部に露出した状態を保持する。

このように構成された本実施例に示された保護継電器にあっても、電磁ノイズ等によって鉄心２５０の磁極が変化した場合でも動作表示を保持することができる。さらに、本実施例の保護継電器の動作表示器２００Ｄは、ばね２７０をさらに設けることで、可動部２１０が水平方向に移動する時に必要な力を小さくすることができる。つまり、鉄心２５０と反発する第２の磁力を発生させるためにコイル２６０に供給する電流量を少なくすることができる。

また、本実施例の保護継電器の動作表示器２００Ｄは、外枠２３０の外部に露出した可動部２１０は、ばね２７０による鉄心２６０と反発する弾性力が働くため、露出した可動部２１０に誤って触れたり、動作表示器２２０Ｄに振動が加わったりした場合に、可動部２１０が誤って外枠２３０内に収まるのを防ぐことができる。

本実施例の保護継電器における他の構成は、実施の形態１の保護継電器１００Ａと同様である。したがって、保護継電器の動作表示器２００Ｄにおいて、ばね２７０を設けたことに関する事項以外の説明は実施の形態１の保護継電器１００Ａで説明のとおりである。

（実施の形態３）
実施の形態３の保護継電器１００Ｅの動作表示器２００Ｅの構成について図１０および図１１を用いて説明する。図１０は定常時、図１１は動作時を示している。本実施例の保護継電器１００Ｅに用いる動作表示器２００Ｅは、実施の形態１である保護継電器１００Ａの動作表示器２００Ａの固定部２２０にカバー２８０をさらに設けたものである。

図１０に示すように、動作表示器２００Ｅの固定部２２０は、保護継電器１００Ｅの筐体１１０の内部の平面基板１３２に実装されている。カバー２８０は、板状であり蝶番２８２に固定されている。蝶番２８２は、固定部２２０の図示しない外枠の上面に固定されている。つまり、カバー２８０は、固定部２２０に回転可能に設けられている。定常時において、カバー２８０は、自重によって外枠に形成された図示しない第１の開口部を覆っている。動作時は、図１１に示すように、可動部２１０が水平方向に移動する動作によってカバー２８０は約９０度回転し、第１の開口部を開放する。固定部２２０の外部に露出した可動部２１０は、カバー２８０のストッパーとなり、カバー２８０を下側から支えている。

電力系統の事故等の異常が復旧され、動作表示器２００Ｅの動作表示を復帰（リセット）する場合は、保守・運用者が可動部２１０を水平方向に押し込み固定部２２０内に収納することで、カバー２８０は自重によって第１の開口部を覆い、動作表示が復帰される。

このように構成された本実施例に示された保護継電器１００Ｅにあっても、実施の形態１と同様に、電磁ノイズ等によって鉄心の磁極が変化した場合でも動作表示を保持することができる。さらに、本実施例に示す保護継電器１００Ｅの動作表示器２００Ｅは、カバー２８０をさらに設けることで、保護継電器１００Ｅの正面、すなわち可動部２１０が移動する方向から見た場合の、動作表示の視認性を高めることができる。定常時において、保護継電器１００Ｅの正面から動作表示器２００Ｅを見た場合、図１０に示すように、可動部２１０はカバー２８０によって覆われて確認できない。一方、動作時において、保護継電器１００Ｅの正面から動作表示器２００Ｅを見た場合、図１１に示すように、カバー２８０が回転して第１の開口部を開放するので、可動部２１０を確認することができる。よって、保護継電器１００Ｅの正面から見た場合の、動作表示の視認性を高めることができる。また、カバー２８０と可動部２１０とが異なる色や材質で形成されていてもよい。そのことで、保護継電器１００Ｅの正面から見た場合の、動作表示の視認性をより高めることができる。

（実施の形態４）
実施の形態４の保護継電器１００Ｆの動作表示器２００Ｆの構成について図１２および図１３を用いて説明する。図１２は定常時、図１３は動作時を示している。本実施例の保護継電器１００Ｆに用いる動作表示器２００Ｆは、実施の形態１である保護継電器１００Ａの動作表示器２００Ａに対して、筐体１１０内に反射板４００をさらに設けたものである。

図１２に示すように、動作表示器２００Ｆの固定部２２０は、保護継電器１００Ｆの筐体１１０の内部の平面基板１３２に実装されている。実施の形態４に係る操作パネル１２０には、動作表示確認窓１２６の下辺が筐体１１０内に突出した支持部１２８が形成されている。反射板４００は例えば鏡であり、支持部１２８に固定されている。図１３に示すように、反射板４００は、保護継電器１００Ｆの正面すなわち可動部２１０の移動する方向から見た場合に、露出した可動部２１０の下面が見える角度で固定されている。

このように構成された本実施例に示された保護継電器１００Ｆにあっても、実施の形態１と同様に、電磁ノイズ等によって鉄心の磁極が変化した場合でも動作表示を保持することができる。さらに、本実施例に示す保護継電器１００Ｆの動作表示器２００Ｆは、筐体１１０内に反射板４００を設けることで、保護継電器１００Ｆの正面から見た場合の、動作表示の視認性を高めることができる。定常時において、保護継電器１００Ｆの正面から動作表示器２００Ｆを見た場合、図１２に示すように、可動部２１０は固定部２２０内に収納されているので、反射板４００を通して可動部２１０の下面を見ることはできない。一方、動作時において、保護継電器１００Ｆの正面から動作表示器２００Ｆを見た場合、図１３に示すように、反射板４００は固定部２２０の外部に露出した可動部２１０を映し出すので、可動部２１０が露出していることを確認することができる。よって、保護継電器１００Ｅの正面から見た場合の、動作表示の視認性を高めることができる。

（その他の実施形態）
本発明に係る保護継電器は、前記実施の形態に限らずその要旨の範囲内において変更可能である。例えば、上記した実施の形態に示した動作表示器は直方体状で説明したが、これに限られるものではなく、円柱状であってもよい。また、上記の各実施の形態の構成を適宜組み合わせてもよい。

２００Ａ〜２００Ｆ動作表示器、２１０可動部、２３０外枠、２５０鉄心、
２６０コイル、２７０ばね、２８０カバー、４００反射板。

Claims

電力系統の異常時に通電されるコイルと、
前記コイルが巻きつけられた鉄心と、
前記コイルおよび前記鉄心を収納する外枠と、
前記鉄心と引き合う第１の磁力を発生させることで前記外枠内に収まり、前記コイルが通電すると前記鉄心と反発する第２の磁力によって水平方向に移動して前記外枠の外部に露出する可動部と、
を有する動作表示器を備えた保護継電器であって、
前記コイルに通電されていない状態において、前記外枠の外部に露出した前記可動部は、前記鉄心と引き合う第３の磁力よりも、前記外枠と前記可動部との間に生じる摩擦力が大きい保護継電器。
前記コイルが巻きつけられた前記鉄心が固定されたボビンと、
前記ボビンと前記可動部との間に設けられた弾性体とをさらに有し、
前記弾性体の一端はボビンに固定されており、前記弾性体の他端は前記可動部を押圧可能に設けられている請求項１に記載の保護継電器。
前記外枠に回転可能に設けられ、前記可動部が水平方向に移動する動作によって回転して
前記外枠を開閉するカバーをさらに有する、
請求項１または請求項２に記載の保護継電器。
前記動作表示器は、前記保護継電器の筐体内に備えられており、
前記筐体内に設けられ、前記外枠の外部に露出した可動部を、前記可動部の移動する方向
に反射する反射板をさらに有する、
請求項１または請求項２に記載の保護継電器。