JPH0410297B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、交流電力系統の各相Ｒ，Ｓ，Ｔを流
れる線電流の大きさを測定するための電流センサ
と、遮断器の反限時引外し特性を近似する非線形
関数発生器を備え、電流センサにより発生された
電流を表す信号を制御する時間遅れ引外し回路
と、線電流の過大な増加に応じて時間遅れ引外し
回路の出力信号が所定のしきい値を超えた時にス
イツチング手段に制御指令を与えるレベル検出器
と、スイツチング手段により励磁されて遮断器の
接点を開かせる引外しコイルとを備えた、交流電
力系統を保護するための遮断器の電子的引外し装
置に関するものである。

〔従来の技術〕

非線形関数発生器を用いれば理想的な引外し時
間特性：I²t＝ｋ（ただし、Ｉは線電流、ｔは引外
し時間、ｋは定数とする）を得ることができる
が、この特性を満足させるためには、監視すべき
電流を表す信号を自乗する回路と、レベル検出器
に接続される別の積分回路とを備えた複雑な電子
回路を依然として必要とする。各関数の演算のた
めに演算増幅器を必要とし、また、その接続が複
雑であるために定格の小さい遮断器にとつては特
にコスト高になる。

〔発明の目的〕

したがつて本発明の目的は、小定格遮断器用の
適当な成型ハウジング内に納めることができる簡
単で安価な電子的引外し装置を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、本発明は、交流電
力系統の各線に別々に挿入された接点を有する遮
断器を引外すための電子的引外し装置であつて、
交流電力系統の各相を流れる線電流を測定し、そ
の線電流の大きさに比例する信号を発生する電流
センサと、反転入力端子、非反転入力端子および
出力端子を有するアナログ積分用演算増幅器を有
する積分演算回路を含み、線電流の大きさに比例
する信号を受けて第１の出力信号を発生する遅延
引外し回路と、遅延引外し回路からの第１の出力
信号を入力し、それが所定のしきい値を超えた時
に引外し信号を発生するレベル検出器と、引外し
信号に応答してスイツチング信号を発生するスイ
ツチング手段と、スイツチング信号に応答して遮
断器の接点を開放させる引外しコイルとを備えた
遮断器の電子的引外し装置において、演算増幅器
の反転入力端子に第１および第２のしきい値電圧
を基準信号として与えるしきい値手段を備え、遅
延外し回路の出力端における引外し時間ｔは、線
電流をＩ、積分演算回路の積分時定数をＬ、前記
しきい値手段のしきい値電圧をｃ、レベル検出器
のしきい値電圧をｂ、定数設定用選択器によつて
設定される比例定数をａとして、 Ｌ・（ｂ−aI）／（aI−ｃ） に等しく、 しきい値手段には、線電流に比例する信号が第
１および第２のしきい値電圧の中間にある時は時
定数Ｌが長遅延保護を行うための第１の値を持
ち、線電流に比例する信号が前記第２のしきい値
電圧よりも高い時は積分時定数Ｌが短絡事故のた
めの短遅延保護を行うための第２の値を持つよう
に、アナログ積分用演算増幅器の反転入力端子
に、それぞれ抵抗を介して第１および第２のしき
い値電圧が入力され、積分時定数の変化は２つの
異なる勾配部分を有する１つの引外しカーブを得
るように第２のしきい値電圧の値に応じて自動的
に行われることを特徴とする。

１つのしきい値電圧を有するアナログ型積分演
算回路を介して得られる引外しカーブの形はほと
んど理想的な特性I²t＝ｋで表されるカーブに従
うものである。抵抗およびコンデンサからなる積
分演算回路の特定数RCは抵抗の値またはコンデ
ンサのキヤパシタンスにより設定される。時定数
は各値は所定の引外しカーブに対応する。

積分用演算増幅器の反転入力端子に２つのしき
い値電圧を加えることにより、過電流に対する長
時間遅延保護を行うための第１の勾配と、短絡に
対する短時間遅延保護を行うための第２の勾配と
を有する特定の引外しカーブを得ることが可能で
ある。引外し態様の選択は第２のしきい値電圧の
値と、監視すべき電流に比例する入力電圧とから
定められる。その入力電圧が２つのしきい値電圧
の基準値間の値であるとすると、カーブの第１の
勾配を決定する第１の時定数により積分演算回路
は特徴づけられる。入力電圧が第２のしきい値電
圧より高い時は、第１のしきい値電圧より低い新
しい時定数が短時間保護を行う第２の勾配を生ず
る。第２のしきい値電圧の値は短時間遅延外引し
のしきい値を結びつけるためにセツトされる。３
つの所定のしきい値電圧を有する積分演算回路に
より３種類の勾配を有する引外しカーブを得るこ
とが可能である。この遅延引外し装置の積分演算
回路は、しきい値電圧の値と数に関係する所定の
引外しカーブを有する１つの積分用演算増幅器に
より構成される。したがつて、この引外し装置は
最少の部品数をもつて簡単な構造のものとするこ
とができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。

第１図は演算増幅器１４を用いて構成されたア
ナログ型積分用演算回路１０の基本構成を示すも
のである。演算増幅器１４の出力端子と反転入力
端子との間にコンデンサＣを含む容量性負帰還ル
ープが接続されている。演算増幅器１４の反転入
力端子には抵抗Ｒが接続されている。抵抗Ｒは固
定抵抗または可変抵抗であつて、その抵抗値とコ
ンデンサＣのキヤパシタンスが積分演算回路１０
の時定数を決定する。積分演算回路１０の反転入
力端子および非反転入力端子にはそれぞれ電圧
V_R，V_eが与えられる。電圧V_Rは積分演算回路１
０のしきい値電圧である。積分演算回路１０の積
分された出力信号V_Sは、しきい値電圧がV_Oであ
る積分増幅器１８により構成されているレベル検
出器１６によりレベル判定される。電圧V_eがし
き値電圧V_Rより低い時は演算増幅器１４は積分
動作を停止し、また、その時、コンデンサＣは放
電する。電圧V_eがしきい値電圧V_Rより高くなる
と演算増幅器１４は積分動作を開始し、時間 ｔ＝RC（V_O−V_e）／（V_e−V_R） が経過した時に、演算増幅器１４の出力電圧V_S
はレベル検出器１６のしきい値電圧V_Oに達する。

過電流保護のために望ましい引外しカーブの形
は、すでに述べたように一般に式I²t＝ｋにより
定められる。この反限時引外し非線形関数は等分
目盛上で第２図の破線カーブＡにより表されてい
る。近似計算により理想関数I²t＝ｋを、ｔ＝Ｌ
（ｂ−aI）／（aI−ｃ）により定められる等価関
数として定義するものとする。ここに、ｔは引外
し時間、Ｌは積分演算回路１０の時定数RC、ｂ
は積分演算回路１０の出力端子に設けられている
レベル検出器１８のしきい値電圧V_O，ｃは積分
演算回路１０のしきい値電圧V_R，aIは積分演算
回路１０の入力電圧V_eに相当し、Ｉは遮断器に
流れる電流、ａは電圧V_eと電流Ｉとの間の比例
係数をそれぞれ表している。上記等価関数は、演
算増幅器１４が動作する時に、第１図に示されて
いる積分演算回路１０により決定される関係式 ｔ＝RC（V_O−V_e）／（V_e−V_R）により識別さ
れる。

第１図に示されている積分演算回路１０により
得られる関数は第２図の引外しカーブＢ（実線）
により表される。このカーブＢの形は所望のカー
ブＡに非常に近似しており、過電流保護のための
静止型引外し装置の反限時特性を構成することが
できる。

引外しカーブＢは演算増幅器１４の反転入力端
子に接続されている抵抗Ｒの値に対応する。抵抗
Ｒの代りにポテンシヨメータを用いることによ
り、積分演算回路１０の時定数RCの値をそのポ
テンシヨメータの可動端子の位置に従つてセツト
することができる。過電流引外し特性Ｂを得るこ
とが可能であり、所定の引外しカーブはポテンシ
ヨメータの可動端子の位置に対応する。

第３図に示されている積分演算回路２０は第１
図に示されている積分演算回路１０に類似する
が、演算増幅器１４の反転入力端子に互いに異な
る第１のしきい値電圧V_R1および第２のしきい値
電圧V_R2がそれぞれ抵抗R₁，R₂を介して与えられ
る点で異なつている。ダイオードD₂₀が抵抗R₂と
演算増幅器１４の反転入力端子との間に接続され
ている。ダイオードD₂₀はアノードを反転入力端
子側にして接続される。積分演算回路２０の残り
の部分は第１図に示されている積分演算回路１０
に類似する。演算増幅器１４の非反転入力端子に
与えられる電圧V_eは遮断器を流れ電流Ｉに関係
する。

第３図に示す積分演算回路２０は次のように動
作する。演算増幅器１４の非反転入力端子に与え
られる入力電圧V_eはしきい値電圧V_R1，V_R2の基
準値の間である時は、積分演算回路２０は第１図
に示されている積分演算回路１０と同様に動作す
る。この積分演算回路２０は時定数はR₁Cであつ
て、第２図に示されている引外しカーブＢを生ず
る。

入力電圧V_eが演算増幅器１４の第２のしきい
値電圧V_R2より高い時は、積分演算回路２０の時
定数R₂Cに変えられて、第１の引外ししきい値よ
り高い引外ししきい値より特徴づけられる他の引
外しカーブが得られる。第４図は積分演算回路２
０により得られた引外しカーブを示す両対数グラ
フである。この図に示されている２種類の勾配を
有するカーブは、過電流に対する長遅延時間保護
の部分LRと、短絡に対する短遅延時間保護の部
分CRとを有することが分かるであろう。短遅延
時間引外しの関数は、電流が短遅延時間引外しし
きい値I_Sを超えた時、すなわち、電圧V_eがしきい
値電圧V_R2より高い時に得られる。

第５図は第３図に示す積分演算回路２０に類似
する積分演算回路３０を示すものである。その積
分演算回路３０においては、演算増幅器１４の反
転入力端子に抵抗R₃とダイオードD₃₀との直列回
路も接続されている。第３のしきい値電圧V_R3が
その直列回路を介して反転入力端子に与えられ
る。したがつて、第５図に示されている積分演算
回路３０により得られる引外しカーブは３種類の
勾配、すなわち入力電圧V_eが両しきい値電圧
V_R1，V_R2の間にある時の第１の長遅延時間引外
し勾配LR（過電流保護）と、入力電圧V_eが２つ
のしきい値電圧V_R2，V₃の中間にある時の第２の
短遅延時間引外し勾配CR₂（短絡保護）と、入力
電圧V_eがしきい値電圧V_R3より高い時の第３の短
遅延時間引外し勾配CR₁とを有する。第２の勾配
CR₂は所定値を有する２つの短遅延しきい値電流
I_S1，I_S2により挟まれている。

第６図はＲ，Ｓ，Ｔ相からなる三相交流電力系
統を保護する遮断器３４を動作させるための電子
的引外し装置３２のブロツク図である。電力系統
の各相Ｒ，Ｓ，Ｔを流れる線電流が交流器３６
Ｒ，３６Ｓ，３６Ｔにより検出される。これあの
交流器の出力二次巻線は全波整流ブリツジ３８
Ｒ，３８Ｓ，３８Ｔに接続されている。これらの
ブリツジの出力端子は互いに直列接続され、その
出力電流は電源回路ALおよび測定抵抗R_Mに与え
られる。測定抵抗R_Mの両端に生じる測定信号は
レベル検出器４０に与えられる。レベル検出器４
０の出力端子には遅延引外し回路４２と瞬時引外
し回路４４とが接続されている。動作しきい値を
有する制御回路４６が遅延引外し回路４２と瞬時
引外し回路４４の出力信号により駆動されて、線
電流が所定の引外ししき値を超えた時に遮断器３
４を開かせる。遅延引外し回路４２は第３，５図
を参照してそれぞれ説明した積分演算回路２０ま
たは３０により構成することができる。瞬時引外
し回路４４は低い電流レベルを有する設備のため
に設けられるのが普通である。瞬時引外ししきい
値は遅延引外ししきい値より高く、遮断器の最大
遮断電流より僅かに低い。

第７図は、第６図に示されている電子的引外し
装置３２の回路図の一具体例を示すものである。
この引外し装置３２に用いられている遅延引外し
回路４２は、第３図に示されている２つのしきい
値電圧V_R1，V_R2を有する積分演算回路２０を含
んでいる。測定抵抗R_Mの両端に接続されている
レベル検出器４０は差動増幅器A₁を含んでいる。
この差動増幅器A₁には抵抗R₀₁，R₀₂，R₄，R₅が
組み合わされている。抵抗R₀₂は差動増幅器A₁の
非反転入力端子と測定抵抗R_Mの一端との間に接
続されている。測定抵抗R_Mのこの一端はダイオ
ードD₁を介して電源回路ALの負端子に接続され
る。抵抗R₄は差動増幅器A₁の非反転入力端子と
電源回路ALの負端子との間に接続され、抵抗
R₀₁は差動増幅器A₁の反転入力端子と測定抵抗R_M
の他端との間に接続される。抵抗R₅は負帰還抵
抗であつて、差動増幅器A₁の出力端子と反転入
力端子との間に接続される。

差動増幅器A₁の出力端子は、直列抵抗R₆，R₇
と、それらの直列抵抗の共通接続点に接続されて
いるダイオードD₄とで構成されている瞬時引外
し回路４４に接続されるとともに、ピーク検出器
５０に接続される。ピーク検出器５０は演算増幅
器A₃を含んでいる。この演算増幅器A₃の反転入
力端子は、直列接続されている抵抗R₂₁およびコ
ンデンサC₁と、抵抗R₂₀との並列回路を介して装
置全体の負端子に接続される。コンデンサC₁に
はツエナーダイオードZ₃が並列に接続される。演
算増幅器A₃の出力端子はダイオードD₃を介して
遅延引外し回路４２の積分用演算増幅器１４の非
反転入力端子に接続される。演算増幅器A₃の非
反転入力端子には装置全体の負端子と差動増幅器
A₁の出力端子との間に接続されている抵抗選択
器５２が接続される。この抵抗選択器５２は、た
とえば抵抗R₁₂−R₁₁−R₁₀−R₉の組み合わせ、ま
たはポテンシヨメータで構成される。この抵抗選
択器５２により、式 ｔ＝Ｌ（ｂ−aI）／（aI
−ｃ） に含まれている比較定数ａを調整することができ
るから、遅延引外し回路４２の短遅延機能と長遅
延機能に対して入力電圧V_eの範囲を設定するこ
とができる。

遅延引外し回路４２の負帰還コンデンサC₂が
接続されている演算増幅器１４の反転入力端子
は、電源回路ALのツエナーダイオードZ₂の端子
間に接続されている２つの直列抵抗R₁₇，R₁₈の
共通接続点に抵抗R₁₉を介して接続される。抵抗
R₁₈の両端に生ずる電圧は、第３図を参照して説
明した演算増幅器１４の第１のしきい値電圧V_R1
を構成するダイオードD₂のアノードは演算増幅
器１４の反転入力端子に接続され、そのダイオー
ドのカソードは第２のしきい値電圧V_R2により決
定される遅延引外し回路４２の短遅延時間引外し
しきい値I_Sの調整回路５４に接続される。複数の
抵抗R₁₃−R₁₄−R₁₅−R₁₆、またばポテンシヨメ
ータにより構成される調整回路５４はツエナーダ
イオードZ₂に並列接続されて、演算増幅器１４の
積分時定数を変えることができるようにしてい
る。

演算増幅器１４の出力端子はダイオードD₅を
介してレベル検出器１６の演算増幅器１８の非反
転入力端子に接続され、しきい値電圧V_Oを固定
値として与えるために、演算増幅器１８の反転入
力端子はツエナーダイオードZ₂に接続される。瞬
時引外し回路４４のダイオードD₄も演算増幅器
１８の非反転入力端子に接続される。演算増幅器
１８の出力は、遮断器３４の引外しコイル５６に
直列接続されているサイリスタQ₂の点弧を制御
する。引外しコイル５６およびサイリスタQ₂は
装置全体の電源回路の正端子と負端子との間に接
続される。

次に、第７図に示す電子的引外し装置３２の動
作について説明する。

電力系統に定格値以下を正常な負荷電流が流れ
ている限り、測定抵抗R_Mの端子間電圧は遅延引
外し回路４４と、レベル検出器１６を動作させる
には十分でない。したがつて、サイリスタQ₂は
非導通状態であつて、引外しコイル５６には電流
は供給されない。

保護すべき電力系統の線Ｒ，Ｓ，Ｔのいずれか
に過負荷電流または短絡電流が流れると、遅延引
外し回路４２が動作する。その短絡が非常に重大
なものであれば、遅延引外し回路４２が動作する
前に瞬時引外し回路４４が応動し、レベル検出器
１６によりサイリスタQ₂を迅速に点弧する。

異常電流の大きさが瞬時引外ししきい値以下の
時に遅延引外し回路４２が動作させられる。演算
増幅器１４の非反転入力端子に与えられる入力電
圧V_eの値は、監視すべき電流の大きさと、抵抗
選択器５２の設定により決定される比例定数ａに
依存する。短遅延時間引外ししきい値I_S（第４図）
以下である小さい過負荷の場合には、電圧V_eの
値は演算増幅器１４のしきい値電圧V_R1および
V_R2の中間である。そうすると、積分演算回路２
０の時定数R₁₉・C₂が長遅延時間引外しカーブ
LRを生ずる。短遅延時間引外ししきい値I_Sと瞬
時引外ししきい値との中間の値である短絡の場合
には、電圧V_eは抵抗器R₁₃〜R₁₆によりセツトさ
れる第２のしきい値電圧V_R2より高い。短遅延時
間引外しカーブCRを生ずる積分演算回路２０の
時定数の変化はそれにより行われる。遅延引外し
回路４２の引外しカーブCRまたはLRの場合に
は、演算増幅器１４により発生された出力電圧
V_Sがレベル検出器１６のしきい値電圧V_Oに達し
た時にサイリスタQ₂は導通状態になる。

短遅延時間引外しまたは長遅延時間引外しを行
う引外し回路４２の二重機能は１つの積分演算回
路により行われる。したがつて、この電子的引外
し装置３２の構成は使用部品の数が最少であるよ
うに簡単にされ、定格が500〜1000Aである成型
ケース付きの低電圧遮断器の寸法に適合するよう
に小型である。

本発明は以上説明してきた、図面に示されてい
る実施例に限定されるものではなく、それらの実
施例は種々に変更実施することができる。とく
に、遅延引外し回路４２の積分用演算増幅器１４
の入力電圧V_eとしきい値電圧V_R1，V_R2の設定は
抵抗を用いない調整器により行うことができ、積
分時定数の変化は負帰還コンデンサＣないしC₂
の値を変えることにより行うことができる。負帰
還コンデンサＣの端子間電圧は温度の指標である
ことに注意すべきである。電流が設定電流を中心
として変化すると、温度指標もそれに応じて同様
に変化する。

【図面の簡単な説明】

第１図はしきい値回路に組合わされて本発明の
引外し装置を構成するアナログ型積分演算回路の
基本構成を示すブロツク図、第２図は監視すべき
電流と引外し時間の関係を等分目盛で示す２種類
の引外し特性のグラフ、第３図は２種類のしきい
値電圧を有する積分演算回路を示すブロツク図、
第４図は第３図に示す積分演算回路により発生さ
れる引外し特性を対数目盛で示すグラフ、第５図
は第３図に示す積分演算回路の別の例を示すブロ
ツク図、第６図は本発明の遅延引外し回路を含む
電子的引外し装置のブロツク図、第７図は第３図
に示す積分演算回路を遅延引外し回路の積分演算
回路として用いている第６図に示す引外し装置の
詳細回路図である。 ２０，３０……アナログ型積分演算回路、１４
……積分用演算増幅器、１８……レベル検出器、
３６Ｒ，３６Ｓ，３６Ｔ……電流センサ、４２…
…遅延引外し回路、４４……瞬時引外し回路、５
２……抵抗選択器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 交流電力系統の各線に別々に挿入された接点
   を有する遮断器３４を引外すための電子的引外し
   装置であつて、 前記交流電力系統の各相Ｒ，Ｓ，Ｔを流れる線
   電流を測定し、その線電流の大きさに比例する信
   号を発生する電流センサ３６Ｒ，３６Ｓ，３６Ｔ
   と、 反転入力端子、非反転入力端子および出力端子
   を有するアナログ積分用演算増幅器１４を有する
   積分演算回路を含み、前記線電流の大きさに比例
   する信号を受けて第１の出力信号を発生する遅延
   引外し回路４２と、 前記遅延引外し回路４２からの第１の出力信号
   を入力し、それが所定のしきい値を超えた時に引
   外し信号を発生するレベル検出器１６と、 前記引外し信号に応答してスイツチング信号を
   発生するスイツチング手段Q₂と、 前記スイツチング信号に応答して前記遮断器３
   ４の接点を開放させる引外しコイル５６と を備えた遮断器の電子的引外し装置において、 前記演算増幅器１４の反転入力端子に第１およ
   び第２のしきい値電圧V_R1，V_R2を基準信号とし
   て与えるしきい値手段を備え、 前記遅延外し回路４２の出力端における引外し
   時間ｔは、前記線電流をＩ、前記積分演算回路２
   ０，３０の積分時定数をＬ、前記しきい値手段の
   しきい値電圧をｃ、前記レベル検出器１６のしき
   い値電圧をｂ、定数設定用選択器５２によつて設
   定される比例定数をａとして、 Ｌ・（ｂ−aI）／（aI−ｃ） に等しく、 前記しきい値手段には、前記線電流に比例する
   信号が前記第１および第２のしきい値電圧V_R1，
   V_R2の中間にある時は前記時定数Ｌが長遅延保護
   LRを行うための第１の値を持ち、前記線電流に
   比例する信号が前記第２のしきい値電圧V_R2より
   も高い時は前記積分時定数Ｌが短絡事故のための
   短遅延保護CRを行うための第２の値を持つよう
   に、前記アナログ積分用演算増幅器１４の反転入
   力端子に、それぞれ抵抗R₁，R₂を介して第１お
   よび第２のしきい値電圧V_R1，V_R2が入力され、
   前記積分時定数の変化は２つの異なる勾配部分を
   有する１つの引外しカーブを得るように前記第２
   のしきい値電圧V_R2の値に応じて自動的に行われ
   る ことを特徴とする遮断器の電子的引外し装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の電子的引外し装
   置において、前記しきい値手段の第２のしきい値
   電圧V_R2はダイオードD₂，D₂₀を介して前記アナ
   ログ積分演算増幅器１４の反転入力端子に接続さ
   れた可変抵抗装置R₁₃〜R₁₆またはポテンシヨメ
   ータによつて設定されることを特徴とする遮断器
   の電子的引外し装置。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の電子的引外し装
   置において、瞬時引外し回路４４を含み、前記ア
   ナログ積分用演算増幅器１４の出力端子は第１の
   ダイオードD₅を介して前記レベル検出器１６に
   接続されるとともに、第２のダイオードD₄を介
   して前記瞬時引外し回路４４の出力端子に接続さ
   れていることを特徴とする遮断器の電子的引外し
   装置。 ４ 特許請求の範囲第３項記載の電子的引外し装
   置において、前記瞬時引外し回路４４は選択器５
   ２および差動増幅器A₁の出力端子に接続された
   直列抵抗R₆−R₇を備えており、さらに前記差動
   増幅器A₁の入力端子間に測定抵抗R_Mが接続され
   ていることを特徴とする遮断器の電子的引外し装
   置。