JP7053386B2 - 差動電気的保護装置 - Google Patents

Description

本発明は、差動回路遮断器に関し、特に、差動機能が短絡保護機能、特に、電子トリップユニットを含む回路遮断器に組み込まれた回路遮断器に関する。

少なくともＮ本の電線（electrical line）を保護することを目的とした差動電気的保護装置（differential electrical protection device）が知られており、この装置は、スイッチング装置と、スイッチング装置に接続されるよう意図されたトリップモジュールとを備え、前記トリップモジュールは第１に、少なくとも２本の電流線（current line）における差動電流を測定する装置を備え、差動電流を測定するこの装置は、上述の電流線にそれぞれ関連付けられたいわゆる一次導体を囲むよう意図された磁気回路を含み、トランスの一次回路を形成し、二次巻線が磁気回路の周りに巻かれ、トランスの二次回路を形成し、前記トリップモジュールは第２に、各電流線に対してそれぞれ電流測定センサを含み、前記スイッチング装置は、電力供給手段と、差動電流を測定する装置と様々な電流測定センサとの上流にかつ接触部を開く機構を作動する装置の下流に電気的に接続された処理手段とを備える。

電子ユニット内の差動保護機能を収容するために解決しなければならない主な問題は、差動保護機能を実行するために不可欠な測定トーラスを収容する空間が不足していることである。

欧州特許第１０４５５００号から、トーラスを設置するために、短絡から保護するために使用される位相センサの１つを取り外すことができることが知られている。このようなトーラスは、位相センサを備えていない一次導体が地絡を示す場合に、処理ユニットに電力を供給するために、３つまたは４つの一次導体を取り囲む電流トランスを伴うことができることも知られている。

ここで、一次導体内の電流の合計がゼロに等しくなることが保証され得る場合、そのような位相センサを除去することが可能である。この場合、欠落センサから生じる電流は、他のセンサから生じる電流の和と等しいと考えることができる。

しかしながら、この仮定は、短絡の場合に十分な応答をもたらすのに十分速い回路遮断器のトリップ機能を差動機能が保証する場合にのみ成り立つ。ここで、差別保護のトリップ機能がユーザの要求によって１秒以上遅れる可能性があることが一般的である。

さらに、差動機能がアラームを発生させるためだけに使用され、回路遮断器が実際にトリップすることのない、差動回路遮断器の変形が存在する。

欧州特許第１０４５５００号

本発明は、これらの問題を解決し、トーラスが利用可能な空間を減少させることなく、全ての一次導体における電流を実際に測定することを可能にする差動電気的保護装置に関する。

この目的のために、本発明の主題は、上述のタイプの差動電気的保護装置であり、この装置は、Ｎ－１個の相導体（phase conductor）を備え、各相導体は、いわゆる入力または上部接続ランドといわゆる出力または下部接続ランドとの間に、上述のトーラスを通過可能な部分と電流測定および電力供給センサを通過可能な部分とを備え、いわゆる入力接続ランドはいわゆる第１の平面に配置され、いわゆる出力接続ランドはいわゆる第２の平面に延在し、Ｎ－１個の相導体の上述の電力供給および測定センサ各々、２つの上述した平面の間に位置する空間内にそれぞれ配置され、上気装置はさらに、いわゆる入力接続ランドといわゆる出力接続ランドとを含むいわゆる追加相導体を備え、上述のトーラスを通過可能な部分といわゆる追加測定センサを通過可能な部分とが電流のみを測定し、このいわゆる追加測定センサは、サイズが小さく、かつ、トーラスおよび追加センサによって形成されたアセンブリが２つの上述した平面の間の空間に実質的に配置されるようにトーラスの真上（directly above）に配置されることを特徴とする。

１つの特定の特徴によれば、前述の測定センサはＲｏｇｏｗｓｋｉセンサである。

別の特徴によれば、前述のトーラスは、いわゆる追加の相導体上に地絡（ground fault）が存在する状態で処理手段に電力を供給するように、相導体を囲む電流トランスに関連付けられている。

１つの特定の特徴によれば、各主要（main）相導体は、トーラスを通過するように意図されたいわゆる第１の主要部分を備え、かつその２つの端部に、主要部分に対して実質的に垂直に延在する接続部分とを備え、各相導体の２つの接続部の各々は、２つの反対方向に延びる。

１つの特定の実施形態によれば、いわゆる追加の測定センサは、その軸がトーラスの軸に実質的に平行に延びるように形作られている。

別の実施形態によれば、いわゆる追加の相導体は、その軸がトーラスの軸に実質的に垂直に延びるように形作られている。

別の特徴によれば、１つの同じ相導体の２つの接続ランドは、互いに対して実質的に平行に延在する。

別の特徴によれば、上記または各Ｎ－１個の相導体は、トーラスの開口部内に挿入できるように最初に直角に２回曲げられ、その後に前記導体は再び直角に２回曲げられて前記導体に関連付けられた測定および電力供給センサに挿入され、一方、追加の相導体は、トーラスを連続して直接的に通過し、その後に追加の測定センサを屈曲することなく通過する。

１つの特定の実施形態によれば、Ｎは３であり、本装置は３極タイプである。

別の実施形態によれば、Ｎは４であり、本装置は４極タイプである。

１つの特定の特徴によれば、この装置は回路遮断器である。

しかしながら、本発明の他の利点および特徴は、例示のみを目的とした添付の図面を参照して以下の詳細な説明においてより明確に明らかになるであろう。

本発明の第１の実施形態を示し、中央位相のセンサを有さない本発明による差動電気的保護装置を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態を示し、中央位相のセンサを有する本発明による差動電気的保護装置を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態を示し、図２の平面Ｐに沿った断面図である。 本発明の第１の実施形態を示し、本発明による差動電気的保護装置を形成する様々な要素と、それらの互いの配置を示す概略図である。 本発明の第１の実施形態を示し、センサのない一次導体を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態を示し、いわゆるトーラスサマーセンサを有する一次導体を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態を示し、サマーセンサと中央位相センサとを有する一次導体を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態を示し、位相センサがなく、さらにサマーセンサもない、一次導体を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態を示し、位相センサがなく、サマーセンサを有する、一次導体を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態を示し、位相センサとサマーセンサとを有する、一次導体を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態を示し、前の図と同であるが、他の側から見た、アセンブリの斜視図である。 本発明による差動４極回路遮断器の内部を部分的に示す斜視図である。 本発明による、サマーセンサおよび関連する電力供給センサの軸方向断面図である。 同じアセンブリの斜視図である。 上述した差動４極回路遮断器の全体を示す斜視図である。

図において、３つの電線１、２、３の電気的保護を目的とし、それ自体が既知の方法で、主として、スイッチング装置と、スイッチング装置に接続されることを意図したトリップモジュールとを含む差動電気的保護装置Ｄが示される。このトリップモジュールは、第１に、少なくとも２つの電流線における差動電流を測定するための装置と、それぞれの電流線にそれぞれ関連付けられた電流測定および電力供給センサとを含む。図に示すように、各測定および電力供給センサ４、６は、前記電流線に関連付けられた相導体７、９の周りに取り付けられる。

この差動電流測定装置は、上述の電流線とそれぞれ関連付けられた一次導体を取り囲む、トランスの一次回路を形成する、磁気回路１０と、磁気回路に巻き付けられ、トランスの二次回路を形成する、二次巻線とを含む。

このスイッチング装置は、電力供給手段と、差動電流を測定するための装置ならびに様々な電流測定および電力供給センサの上流および接点を開くための機構を作動するための装置の下流に電気的に接続される処理手段とを含む。

図１および図２に示すように、各差動電気的保護装置Ｄは、装置の様々な相にそれぞれ対応する３つの部分Ａ、Ｂ、Ｃを含む。

各相導体７、８、９は、主要部分７ａ、８ａ、９ａを含み、主要部分７ａ、８ａ、９ａは、その２つの対向する端部のそれぞれに、主要部分に対して実質的に垂直であるが、これら２つの部分に対して２つの反対方向に延びる接続部分７ｂ、７ｃ、８ｂ、８ｃ、９ｂ、９ｃを含む。

これらの接続部分は、その自由端に、いわゆる入力接続ランド１１、１２、１３と、いわゆる出力接続ランド１４、１５、１６とを含む。いわゆる入力接続ランド１１、１２、１３は、いわゆる第１の平面Ｐ１に配置され、いわゆる出力接続ランド１４、１５、１６は、いわゆる第２の平面Ｐ２に配置される。

３つの相導体は、トランスのトーラス１０の開口部を通過することができるように、それらの主要部分が互いに接合されるように、並んで配置される。

本発明によれば、２つの端部相導体７、９の各々は、前述の接続部の一方７ｂ、９ｂの周囲に取り付けられた測定および電力供給センサ４、６を有し、これらのセンサを有する２つの部分は、装置の同じ側に取り付けられる。

各終端相導体７、９について、測定および電力供給センサは、実質的に２つの平面Ｐ１、Ｐ２の間の空間に収容される。

電気的保護装置内部の空間を最適化するために、前述の２つの平面Ｐ１、Ｐ２の間に位置し、中央導体と同じレベルの部分は、磁気回路のトーラス１０を収容することを意図しているため、２つの端部導体７、９に使用されるタイプの測定センサを受け入れることができない。具体的には、これら２つの端部導体７、９の場合、測定センサは、いわゆる測定および電力供給センサであり、処理手段に電力を供給するために、前述の電力供給手段に接続することもできる。したがって、このタイプのセンサのおかげで、差動測定装置に関連付けられた処理手段への電力の供給は、補助電源なしで実現することができる。測定および電力供給機能は、測定を実行するあるセンサと、電力を供給する別のセンサ１８、１９とによって実行することができることに留意されたい。

本発明によれば、中央主要導体８とトーラス１０のハウジングとの両方に流れる電流を測定することを可能にするために、上述の電力供給機能を実行することができない、単純な、いわゆる追加の電流測定センサ１７が中央の主要導体８の接続部８ｂの周りに配置され、この追加の測定センサ１７が、トーラス１０の上部に配置される。トーラス１０によって形成されたアセンブリと追加の中央測定センサ１７とが実質的に前述の２つの平面の間の空間に位置するように、中央導体８は、それが形成される材料の適切な曲げによって成形される。

図１から図７に示す第１の実施形態によれば、いわゆる追加の中央測定センサ１７は、その軸線が磁気回路のトーラス１０のトーラス軸線と平行であり、有利には磁気回路のトーラス１０のトーラス軸線と一致するように配置されることが理解される。図８から図１１に示す第２の実施形態によれば、この中央位相センサ１７は、その軸線がトーラス１０の軸に対して実質的に垂直に延びるように配置される。

本発明によれば、通常はセンサを持たない線を流れる電流は、トーラスの上方に配置された、測定のみを行うための、小さいサイズの追加のセンサ、好ましくは、Ｒｏｇｏｗｓｋｉセンサを用いて測定される。

図４においてより詳細に示されるように、本発明によれば、全ての一次導体はトーラスを通過する。中央の極の導体のみが屈曲することなく追加センサを直接通過し、他方の導体は追加センサから遠ざかり、それぞれの極の位置に向くように曲げられる。

図４において、トーラスの一方の側に位置する導体７、８、９の接続ランド１１、１２、１３は、以前のものとは反対側のトーラスの側に位置する導体７、８、９の接続ランド１４、１５、１６を分離するものに対応する間隔だけ互いに対して離間される。トーラス１０のいわゆる下部に位置する接続ランド１１、１３とトーラスの上部に位置する接続ランド１４、１６との間に、測定トーラスを通過することができるように端部導体７、９が９０°で２回、次いで、電力供給および測定センサ４、６を通過するように直角にさらに２回曲げられ、一方、中央導体８は、トーラス１０を、次いで、曲がることなくいわゆる中央測定センサ５を、直接通過する。

Ｒｏｇｏｗｓｋｉセンサを使用することにより、追加センサのサイズが非常に小さくなり、非常に限られた利用可能な空間に適応することが可能になり、電流を、短絡電流レベルまで測定することができる。

図８から図１１に示す実施形態では、この追加センサは、トーラスのいわゆる上部と同じレベルに位置付けられる。

図示されていない別の実施形態によれば、このセンサは、トーラスの下部、すなわち、トーラス１０の上部に位置する接続ランド１１、１２、１３の反対側の接続ランド１４、１５、１６の側と同じレベルに配置することができる。

図１３および図１４に示すように、サマートーラス２２は、外部シールド２４、内部シールド２３、および上部シールド２５を有する。

このアセンブリは、下部シールドとしても機能するコイル２８および磁気回路２７を含む電力供給トーラス２６の上に配置される。

有利には、前述のトーラス１０は、追加の相導体上に地絡が存在する状態で処理手段に電力を供給するように、相導体を囲む電流トランス２１に関連付けることができることに留意されたい。

図１から図１１は３極差動保護装置を示しているが、本発明はまた、４つのモジュールＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈを含む、図１２に示すような、４極回路遮断器にも適用することができ、４つの相導体２９から３２がサマーセンサを通過する。

したがって、本発明により、このようなことを行うためにトーラスに利用可能な空間を減少させることなく、全ての一次導体における電流を実際に測定することを可能にする簡単な設計の差動電気的保護装置が作られる。

もちろん、本発明は、説明および図示した実施形態に限定されず、実施形態は例示のみを目的とする。

反対に、本発明は、本発明の精神に従って実施される、記載された手段の技術的等価物の全て、およびそれらの組み合わせを含む。

Claims (11)

1. 少なくともＮ本の電線を保護するよう意図され、スイッチング装置と、前記スイッチング装置に接続されるよう意図されたトリップモジュールと、を備える差動電気的保護装置であって、前記トリップモジュールは第１に、少なくとも２本の電流線における差動電流を測定する装置を備え、前記差動電流を測定するこの装置は、前記電流線とそれぞれ関連付けられたいわゆる一次導体を取り囲むよう意図されたトーラスを含む磁気回路を備え、前記トリップモジュールは第２に、各電流線それぞれに対する電流測定および電力供給センサを備え、前記スイッチング装置は、電力供給手段と、前記差動電流を測定する装置と前記様々な電流測定および電力供給センサとの上流にかつ前記スイッチング装置の接点を開く機構を作動する装置の下流に電気的に接続された処理手段とを備え、
   Ｎ－１個の相導体（７、９）を備え、各相導体は、いわゆる入力または上部接続ランド（１１、１３）といわゆる出力または下部接続ランド（１４、１６）との間に、前記トーラス（１０）を通過可能な部分（７ａ、９ａ）と電流測定および電力供給センサ（４、６）を通過可能な部分（７ｂ、９ｂ）とを備え、前記いわゆる入力接続ランド（１１、１３）はいわゆる第１の平面Ｐ１に配置され、前記いわゆる出力接続ランド（１４、１６）はいわゆる第２の平面Ｐ２に延在し、前記Ｎ－１個の相導体の前記電流測定および電力供給センサ（４、６）は各々、前記２つの平面Ｐ１、Ｐ２の間の空間に配置され、前記装置はさらに、いわゆる入力接続ランド（１２）といわゆる出力接続ランド（１５）とを含むいわゆる追加の相導体（８）を備え、前記トーラスを通過可能な部分（８ａ）といわゆる追加の測定センサ（１７）を通過する可能部分（８ｂ）とは前記電流の測定のみを行い、このいわゆる追加の測定センサ（１７）は、前記トーラス（１０）および前記追加の測定センサ（１７）によって形成されたアセンブリが前記２つの平面Ｐ１、Ｐ２の間の前記空間内に実質的に配置されるように前記トーラス（１０）の真上に配置される、差動電気的保護装置。
2. 前記追加の測定センサ（１７）は、ロゴスキー（Ｒｏｇｏｗｓｋｉ）センサであることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記トーラス（１０）は、前記いわゆる追加の相導体（８）上に地絡が存在する状態で前記処理手段に電力を供給するように、前記相導体（７から９）を囲む電流トランス（２１）に関連付けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. 各相導体（７から９）は、前記トーラス（１０）を通過するように意図されたいわゆる第１の主要部分（７ａ、８ａ、９ａ）を備え、かつその２つの端部に、前記主要部分（７ａ、８ａ、９ａ）に対して実質的に垂直に延在する接続部分（７ｂ、７ｃ、８ｂ、８ｃ、９ｂ、９ｃ）を備え、各相導体の前記２つの接続部の各々は、２つの反対方向に延びることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記追加の測定センサ（１７）は、その軸が前記トーラス（１０）の軸に実質的に平行に延びるように形作られていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記追加の測定センサ（１７）は、その軸が前記トーラス（１０）の軸に実質的に垂直に延びるように形作られていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
7. １つの同じ相導体（７から９）の前記２つの接続ランド（１１、１４）、（１２、１５）、および（１３、１６）は、互いに対して実質的に平行に延びていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記または各Ｎ－１個の相導体（７から９）は、前記トーラス（１０）の開口部内に挿入できるように最初に直角に２回曲げられ、その後に前記導体が再び直角に２回曲げられて前記導体に関連付けられた前記電流測定および電力供給センサ（４、６）に挿入され、一方、前記追加の相導体（８）は、前記トーラス（１０）を連続して直接的に通過し、その後に前記追加の測定センサ（１７）を屈曲することなく通過することを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
9. Ｎは３であり、前記装置は３極タイプであることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
10. Ｎは４であり、前記装置は４極タイプであることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
11. 回路遮断器であることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。

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