JPH03284118A

JPH03284118A - 配電用半導体開閉装置

Info

Publication number: JPH03284118A
Application number: JP2081992A
Authority: JP
Inventors: Chihiro Ishibashi; 石橋　千尋; Hiroyuki Abe; 浩幸阿部; Susumu Matsuoka; 進松岡
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1990-03-29
Filing date: 1990-03-29
Publication date: 1991-12-13
Anticipated expiration: 2014-06-02
Also published as: JP2899351B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は過電流が主線路に流れたときに回路を自己遮断
する機能を備えた配電用半導体開閉装置に関するもので
ある。

（従来の技術）現状の実用的な配電用負荷開閉装置は接点式のものに限
られており、短絡電流のような大きな過電流を遮断する
ことはできないため、配電線の過電流を遮断できるのは
変電所に設置された遮断器のみである。ところがこの遮
断器が作動すると健全区間まで一緒に停電してしまうこ
ととなるため区分遮断のできる配電用の開閉装置が望ま
れている。

こうした状況のなかで、パワーエレクトロニクス技術の
進展に伴い、短絡電流のような大きな過電流でも遮断す
ることができる半導体開閉装置が考案されている。この
装置は第１２図に示されるように、主線路（２５）に取
付けた変流器（２６）によって過電流を検出し、過電流
リレー（２７）が動作すると半導体開閉装置本体（２９
）を制御するためのトリガパルス発生装置（２８）のト
リガパルス出力を停止させるようにしたものである。

また、一般の過電流リレーを用いているので、過電流と
判定してからのリレー接点の動作時間が最低１０〜２０
ｍ５ｅｃ程度かかり、熱的に弱い半導体スイッチにおい
ては過電流が通電している期間に生じる発熱により電流
遮断機能を失ったり、極度の発熱により破壊に至るおそ
れがあった。

（発明が解決しようとする課題）本発明は上記した従来の問題点を解決し、配電線を高速
開閉することができるとともに過電流が流れたときには
高速で自己遮断することができ、しかも軽量小型であっ
て任意の場所に設置することができる配電用半導体開閉
装置を提供するために完成されたものである。

（課題を解決するための手段）上記の課題を解決するためになされた本発明は、主線路
の電流を常時監視する光変流器を内蔵させた半導体開閉
装置本体と、光変流器から光ファイバを介して取り出さ
れた電流情報を電気信号に変換するＯ／Ｅ変換器と、過
電流検出時に高速で停止信号を発するレベル判定装置と
、半導体開閉装置本体を制御するとともに上記の停止信
号を受けてトリガパルスの発生を緊急停止するトリガパ
ルス発生装置とから構成されることを特徴とするもので
ある。

（実施例）以下に本発明を図示の実施例によって詳細に説明する。

第１図に示す実施例において、（１）は配電線である主
線路、（２）は半導体開閉装置本体であり、この半導体
開閉装置本体（２）はサイリスクのような半導体スイッ
チ（３）のほかに、光変流器（４）を内蔵している。光
変流器（４）は主線路（１）の電流を常時監視するもの
で、その方式としては主線路の電流値に応じた変調でＬ
ＥＤを発光させる方式と、ファラデー効果を利用した光
電流センサを用いる方式のいずれを用いることもできる
。

本発明においては、レベル判定装置（７）として、トラ
ンジスタを利用したコンパレーダ回路を用いることによ
り、極めて高速にトリガパルス発生回路に遮断試練を伝
えることを可能にした。

本発明の装置では、過電流が発生してから遮断終了まで
の動作時間Ｔは次の式で近似される。

ＴζＴ　＋　　＋Ｔ　２　＋　Ｔ　３＋Ｔ　ａＴ、：光
変流器の一次出力と０／Ｅ変換器の二次出力との時間遅
れＴ２　ニレベル判定装置のレベル判定時間Ｔ３　：停止
信号入力後、トリガパルスが停止するまでの時間Ｔ４　：トリガパルスが停止してから半導体スイッチが
遮断完了するまでの時間半導体スイッチ（３）がサイリスクで構成されている場
合には、逆並列接続されたサイリスクは１サイクルの電
流を交互に流すので、Ｔ＜（電流サイクル時間）とする
ことにより各々のサイリスクには最大半波の過電流のみ
通電されることとなり、各サイリスクの熱的な負担は最
も少なくすることができる。一般に（Ｔ＋　　＋Ｔ２　
）＜　（電流半サイクル時間）とすればよい。電流１サ
イクルは商用周波で１６〜２０ｍ５ｅｃ程度と比較して
極めて高速であるといえる。

光変流器（４）の１方式としてＬＥＤを発光させる方式
では、電流を検出する方法として貫通型の鉄心に二次巻
線を施したＣＴを用いる方法と、ホール素子を利用した
ＣＴを用いる方法がある。なお、電流値に応じた変調で
ＬＥＤを発光させるためには、Ｖ−ＦもしくはＡ−Ｄ変
換等の変調甘露を用いるが、この駆動のためには直流電
源が必要である。この電源を外部から供給したり電池を
用いたりする方法は絶縁上の問題および保守上の問題か
ら好ましくない。従って第４図に示すように、主線路（
１）を流れる負荷電流から貫通型の鉄心に次巻線を施し
た受電用ＣＴ　（４ａ）を介して非接触で電源パワーを
得て整流して直流電源とすることが好ましい。

第１の実施例では光変流器（４）は電流値に応じた光信
号を光ファイバ（５）を通じて低圧側へ送り、電流値の
測定と電流波形の観測を低圧側で行うことができる。こ
の電流情報を含む光信号はＯ／Ｅ変換器（６）で電気信
号に変換されたうえ、レベル判定装置（７）によって過
電流の有無が判定される。そして過電流が検出されたと
きにはレベル判定装置（７）は停止信号を発し、半導体
開閉装置本体（２）の半導体スイッチ（３）に制御用の
トリガパルスを発信しているトリガパルス発生装置（８
）を緊象、停止させる。

この結果、半導体スイッチ（３）の通電を維持するのに
必要なトリガパルスは停止され、半導体開閉装置本体（
２）は停止信号が入力されてから半サイクル以内に主線
路（１）を流れる電流を遮断することとなる。

なお、第１の実施例では光ファイバ（５）と０／Ｅ変換
器（６）とレベル判定装Ｗ（７）は半導体開閉装置本体
（２）の外部に設置されているが、これらは第２図に示
す実施例のように光変流器（４）とともに半導体開閉装
置本体（２）に内蔵させてもよい。またＯ／Ｅ変換器（
６）に外部出力端子を設けておけば、主線路（１）を流
れる電流を容易にモニタリングすることができ、配電線
の監視システムや配電線自動化システムへの接続に極め
て有効である。第５図に半導体開閉装置の外部出力を配
電線の監視システムに利用した例を示す。

このように構成された本発明の配電用半導体開閉装置（
２）によって主線路（１）を高速開閉できることは勿論
、主線路（１）に過電流が流れたときにはトリガパルス
の発生を高″速に停止させて半導体開閉装置（２）を自
己遮断することができる。しかも本発明においては、主
線路（１）の電流の検出手段として光変流器（４）を使
用し、光ファイバ（５）を通じて高圧課電部の電流情報
を光信号として低圧回路部へ取り出すようにしたので、
従来の変流器とは異なり厳重な絶縁を必要としない。こ
のために本発明によれば装置全体を著しく小型化するこ
とができ、配電線路の各部に配置して区分遮断を行わせ
るに好適なものである。

以下に本発明の配電用半導体開閉装置の具体的な構造に
ついて説明する。

第６図に示すように、本発明の装置は筐体（９）の内部
に収納されブッシング０ωを介して主線路（１）を引き
込む構造となっている。このため、各相に分離して本装
置を取り付けることのほか、第７図に示すような３相光
変流器モジユール（］１）により鉄心０２１とＥ１０変
換器０３）とを３相分一体にモールドまたはパッケージ
ングし、第６図のように筐体（９）内に取付けるように
すれば取付構造を簡素化することもできる。各相の出力
をＯ／Ｅ変換後、３相合成して零相電流を検出すること
は勿論のこと、第８図に示すように、３相の各鉄心０２
）に３相加算回路０４）を付加し、零相電流値を得るこ
ともできる。

この場合には３相の各導体から電流情報を取り出してい
るが、キルヒホッフの法則を利用すると、Ｃ相電流−−
（Ａ相電流十Ｂ相電流）の式により２相の電流情報から他の１相の電流を知るこ
とができる。第９図はこの原理を利用した３相光変流器
モジユール（１１）を示したもので、上記の演算を行わ
せるための演算回路００を内蔵させである。第９図の例
では構造が更に簡略化される利点がある。

短絡電流のみを検出する目的の場合には、２相分の電流
を検出すれば目的が達せられるので、第１０図のように
２相先変流器のみの構成としてもよく、構造を最も簡素
なものとすることができる。

このほか、零相変流器を共にモジュール化したものとし
て、第１１図のように地絡検出用鉄心００を組み込むこ
ともできる。

更に、筐体（９）の内部に絶縁用ガスを封入した場合に
は、Ｏ／Ｅ変換器（６）が半導体開閉装置本体に内蔵さ
れない構成では第６図（Ｂ）に示すように光気密アダプ
タ０′７）を介して外部光ファイバと接続することとな
る。また筐体（９）の内部の半導体ユニットが光で駆動
される回路である場合には駆動用の光ファイバを接続す
るためにも光気密アダプタが必要となるが、筐体の２箇
所に光気密アダプタθ′７）を取付けることは信頼性お
よびコストの面で不合０理である。このため第６図（Ｂ）　に拡大して示したよ
うに、単一の光気密アダプタ０７１に変流器用コネクタ
Ｑ８）と駆動用コネクタ０９）とを一体に組み込むこと
が好ましい。

（発明の効果）本発明は以上に説明したように、主線路を高速開閉する
ことができることは勿論、過電流が流れたときにはこれ
を光変流器で検出して高速に自己遮断することができる
。しかも本発明においては主線路を流れる電流を検出す
るために光変流器を利用したので装置全体を著しく軽量
かつ小型化することができ、設置場所を選ばないので配
電線路上の要所に配置して区分遮断を行わせることがで
きる。よって本発明は従来の問題点を一掃した配電用半
導体開閉装置として、産業の発展に寄与するところは極
めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す回路図、第２図は
第２の実施例を示す回路図、第３図は第３の実施例を示
す回路図、第４図は主回路を流れ１する電流を利用して非接触で変調回路用の電源を得る方法
を示す説明図、第５図は半導体開閉装置の電流情報外部
出力端子を利用したシステム構成の一例を示す回路図、
第６図は筐体内部への具体的な組み込み状態を示すもの
で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、第７図〜第１１
図はモジュール化された光変流器の各種の態様を示す正
面図、第１２図は従来例を示す回路図である。（１）：主線路、（２）：半導体開閉装置本体、（４）
：光変流器、（５）：光ファイバ、（６）：Ｏ／Ｅ変換
器、（７）ニレベル判定装置、（８）　：　）リガパル
ス発生装置。

Claims

【特許請求の範囲】１、主線路（１）の電流を常時監視する光変流器（４）
を内蔵させた半導体開閉装置本体（２）と、光変流器（
４）から光ファイバ（５）を介して取り出された電流情
報を電気信号に変換するＯ／Ｅ変換器（６）と、過電流
検出時に高速に停止信号を発するレベル判定装置（７）
と、半導体開閉装置本体（２）を制御するとともに上記
の停止信号を受けてトリガパルスの発生を緊急停止する
トリガパルス発生装置（８）とから構成されることを特
徴とする配電用半導体開閉装置。２、光変流器（４）が、ＬＥＤを主線路の電流値に応じ
た変調で発光させるものである請求項１記載の配電用半
導体開閉装置。３、光変流器（４）が、ファラデー効果を利用した光電
流センサである請求項１記載の配電用半導体開閉装置。４、Ｏ／Ｅ変換器（６）が、外部に主線路の電流情報を
送出するための電流モニタ用の出力端子を設けた請求項
１記載の配電用半導体開閉装置。５、レベル判定装置（７）が光変流器（４）に内蔵され
ており、光変流器（４）からの光出力を発光／非発光の
２値出力とした請求項１記載の配電用半導体開閉装置。