JPH04244724A - 過電流トリップ回路 - Google Patents

過電流トリップ回路

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JPH04244724A
JPH04244724A JP3244670A JP24467091A JPH04244724A JP H04244724 A JPH04244724 A JP H04244724A JP 3244670 A JP3244670 A JP 3244670A JP 24467091 A JP24467091 A JP 24467091A JP H04244724 A JPH04244724 A JP H04244724A
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JP
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signal
current
circuit
trip
reference signal
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JP3244670A
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English (en)
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Mirza A Beg
マーザ　アクマル　ベッグ
David A Fox
デビッド　アラン　フォックス
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CBS Corp
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/14—Electrothermal mechanisms
    • H01H71/18—Electrothermal mechanisms with expanding rod, strip, or wire
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/44—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to the rate of change of electrical quantities
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current

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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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はスイッチ制御回路に関し
、さらに詳細には電力スイッチの制御に用いる過電流ト
リップ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】単相または多相の交流または直流電圧式
電力システムは、配線及び負荷の電流処理能力により制
限されるある範囲の条件に亘って作動する必要がある。 コスト及びサイズを考慮して、そのシステムの電力処理
能力を最少限にすることが望ましい場合がしばしばある
。しかしながら、安全性の観点から、そのシステムに，
　電流レベルが過負荷状態、即ち配線及び／または構成
要素が損傷を受けるかも知れない点に近付いたか否かを
判定する装置を設ける必要がある。その一例として航空
機電力システムでは、高い信頼性及び安全性と共にサイ
ズ及び重量を最少限に抑える必要性が特に顕著である。 過電流保護を行う従来の方法によると、瞬時電流を感知
してその電流がトリップが始動されるしきい値を超える
とその回路を開放するのが普通である。一般的に、過電
流を検出して後、スイッチが回路を開放するにはある時
間が必要なため、その電流が損傷を与えるレベルに到達
することがある。これは、高電流パルスと低インダクタ
ンス源で作用するよう設計した共振電源電流の場合特に
そうである。
【０００３】負荷が低インピーダンス源から給電される
場合、電力制御スイッチは負荷への電力を制御するだけ
でなくシステムを異常な負荷及び短絡から保護するため
に用いられる。負荷において短絡が発生すると、電流は
たちまち増加する。その増加率は電源電圧とラインイン
ピーダンスに依存する。電流が所定の過電流トリップ点
に一旦到達すると、制御回路がスイッチを開放する信号
を発生する。検出回路及びスイッチの作動にはある一定
の時間がかかるため、電流はそのトリップ点を超えて上
昇し続ける。例えば、ラインインピーダンスが１マイク
ロヘンリーでスイッチ開放時間が１マイクロ秒である２
７０ボルトの直流システムでは、実際の電流はトリップ
のしきい値の上の２７０アンペアの点に到達する。従っ
て、電流がこれらの損傷を与えるレベルに到達する前に
回路を開放する制御装置を考案することが望ましい。
【０００４】
【発明が解決しようとする問題】本発明により構成した
回路は、電力導体中の電流及びその電流の増加率をモニ
ターしてその電流の増加率が第１の限界値を超えるか或
いはその電流の大きさが第２の限界値を超えると電力導
体の回路を開放する。
【０００５】これは、電力導体中の電流及びその電流の
増加率を表わす状態信号を発生させ、その状態信号を第
１の基準信号と比較して状態信号の大きさが第１の基準
信号の大きさを超えると第１のトリップ信号を発生させ
ることにより達成される。さらに、この状態信号を処理
してその処理済み状態信号を第２の基準信号と比較し、
処理済み状態信号の大きさが第２の基準信号の大きさを
超えると第２のトリップ信号を発生させる。電力導体回
路はこの第１または第２のトリップ信号の何れかに応答
して開放される。
【０００６】状態信号の処理は、ローパスフィルタまた
は積分器により信号を平均することにより行う。或いは
、状態信号をフィルタにかけ、フィルタ済みの状態信号
をＩ２　ｔ、Ｉ・ｔ、またはピークトリップ特性を持つ
多数の周知の機能保護回路の１つの入力として用いるこ
とによりこの第２のトリップ信号を発生させてもよい。
【０００７】本発明は、この過電流トリップ回路及びト
リップ信号を発生するためこれらの回路で実施される方
法の両方を包含する。電力導体中の電流の増加率を感知
してその電流の増加率に応答しトリップ信号を発生させ
ることにより、電力導体中の電流が損傷を与えるレベル
に到達しないよう制限するために使用可能な速動トリッ
プ回路が提供される。
【０００８】以下、添付図面を参照して本発明を実施例
につき詳細に説明する。
【０００９】
【実施例】添付図面を参照して、図１は本発明に従って
構成した過電流トリップ回路を有するスイッチを備えた
電力システムのブロック図である。交流または直流電源
である電力源１０は電力導体１４とスイッチ１６とを介
して負荷１２に接続してある。抵抗Ｒｓ及びインダクタ
ンスＬｓを有するシャント１８が電力導体１４と直列に
接続してあり、電圧信号Ｖｓである電力導体中の電流を
表わす状態信号を発生させる。バッファ回路２０はこの
状態信号を受信してそれを第１のコンパレータ２２へ送
り、このコンパレータは状態信号を端子２４に加えられ
る第１の基準信号と比較する。状態信号の大きさが第１
の基準信号の大きさを超えると、トリップ信号がライン
２６上に発生する。このトリップ信号は導体１４中の電
流の増加率に主として応答する。
【００１０】遅いトリップ能力を与えるため、状態信号
を処理してその結果得られた処理済み状態信号を第２の
トリップ信号の発生に用いる。この実施例では、平均値
出力フィルタ２８がこの状態信号を受信してライン３０
上に平均した状態信号を発生させる。この平均した状態
信号は第２のコンパレータ３２により端子３４に加えら
れた第２の基準信号と比較される導体１４上の平均電流
が第２の基準信号により決まる限界値を超えると、トリ
ップ信号がライン３６上に発生する。公知の方法に従っ
て構成した制御回路３８は、何れかのトリップ信号に応
答してスイッチ１６の動作を制御する。或いは、その他
の公知の方法に従って状態信号を処理してＩ２　ｔ、Ｉ
・ｔ、またはピーク電流に応答する第２のトリップ信号
を発生させることにより遅いトリップ機能が得られる。 シャントの両端に発生する電圧Ｖｓは下式に示すように
電流の瞬時値だけでなくその電流の増加率の関数である
。
【００１１】Ｖｓ＝ＲｓＩ＋Ｌｓ（ｄＩ／ｄｔ）シャン
トの両端間の電圧を用いてシステムを平均した過電流だ
けでなく電流の高い増加率から保護することができる。 平均電流を感知するには、シャントの両端の電圧を比較
的長い時定数を用いて積分し、端子３４に加えた平均ト
リップ基準信号と比較する。増加率トリップ機能につい
ては、シャントの電圧をバッファにかけ、端子２４に加
えた増加率基準電圧と比較する。
【００１２】図２は、図１のシステムのトリップ回路部
分の概略図である。バッファ回路２０は、抵抗Ｒ１、Ｒ
２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、キャパシタＣ１、
演算増幅器Ｕ１を含むものとして図示してある。増幅器
Ｕ１は状態信号の極性を反転させる。第１のコンパレー
タ２２は、抵抗Ｒ８、Ｒ９及び演算増幅器Ｕ２を含む。 第１の基準電圧は、抵抗Ｒ８とＲ９とにより構成される
分圧器の接続点２４に発生する。平均値出力フィルタ２
８は、抵抗Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、キャパシ
タＣ２、Ｃ３及び演算増幅器Ｕ３を含むものとして図示
してある。これらの構成要素が協働してライン３０上に
平均したシャント電圧を発生させ、この電圧が抵抗Ｒ１
４、Ｒ１５、Ｒ１６及び演算増幅器Ｕ４よりなる第２の
コンパレータ３２により受信される。第２の基準電圧は
抵抗Ｒ１４、Ｒ１５よりなる分圧器の接続点３４に発生
する。電圧降下抵抗Ｒ１７は、ライン２６と３６上に適
当な電圧レベルのトリップ信号が生じるように決められ
ている。演算増幅器Ｕ２及びＵ４はオープンコレクタ・
タイプであり、共にＯＲ機能を形成するよう直結してあ
る。何れかのコンパレータの信号がその基準レベルを超
えると、接続点４０に負のトリップ信号が発生する。
【００１３】図３、４及び５は、図２の回路の動作を説
明するための波形図である。図３は典型的な共振電源入
力電流パルス、この場合は約６マイクロ秒の幅で大きさ
が約１４０アンペアのパルスを示す。図４は、この入力
信号に起因して５０ミリボルト、１００アンペアのシャ
ントの両端に発生する電圧を示す。このシャントは０．
５ｍΩの等価抵抗と１８ｎＨのインダクタンスを有する
。入力電流は正弦波形であり、シャント電圧は余弦波形
であって電流波形の導関数であることに注意されたい。 このシャント電圧はシャントの感度にピーク電流値を掛
け合わせた７０ミリボルトの値よりも遥かに大きい約１
．４ボルトのピークに達することが分かる。
【００１４】図５は本発明の過電流トリップ回路の性能
を説明するものである。この場合、幅が約６マイクロ秒
で高さが１４０アンペアの負荷電流の正弦波パルスＩ´
は、早期に遮断しない場合電力導体中を流れるであろう
電流を表わす。短くなった電流パルスＩ″は、電流の早
い増加をトリップ回路が検出して電流の遮断が約２マイ
クロ秒以内に起こった状態を示す従って、この電力スイ
ッチの応答は、まさに発生せんとする高い故障電流を予
想してこの故障電流が損傷を与えるレベルに到達する前
に回路を遮断する能力を有することが分かる。
【００１５】高速で増加する電流を検知するには高い品
質の非誘導性シャントが必要であるが、本発明は典型的
なシャントの固有インダクタンスを用いて電力導体中の
平均電流と共にその電流の増加率を検出する。検出した
この電流の増加率はまさに発生せんとする高い電流を示
すものとして働き、この電流が損傷を与えるレベルに到
達する前に電力スイッチをオフにするために用いられる
。
【００１６】以上、本発明を現在において好ましいと思
われる実施例につき詳細に説明したが、当業者には種々
の変形例及び設計変更が本発明の範囲から逸脱すること
なく想到されるであろうことが明らかである。頭書した
特許請求の範囲はこれらの変形例及び設計変更を包含す
るものと意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に従って構成した過電流トリッ
プ回路により制御されるスイッチを備えた電力システム
のブロック図である。
【図２】図２は、図１のシステムの過電流トリップ回路
部分の概略図である。
【図３】図３は、図２の回路の動作を説明するための波
形図である。
【図４】図４は、図２の回路の動作を説明するための波
形図である。
【図５】図５は、図２の回路の動作を説明するための波
形図である。
【符号の説明】
１０　　電力源 １２　　負荷 １４　　電力導体 １６　　スイッチ １８　　シャント ２０　　バッファ回路 ２２　　第１のコンパレータ ２８　　平均値出力フィルタ ３２　　第２のコンパレータ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　電力導体中の電流及びその電流の増加
    率を表わす状態信号を発生する手段と、前記状態信号を
    第１の基準信号と比較して状態信号の大きさが第１の基
    準信号を超えると第１のトリップ信号を発生する手段と
    、前記状態信号を処理して処理済み状態信号を発生する
    手段と、前記処理済み状態信号を第２の基準信号と比較
    して処理済み状態信号の大きさが第２の基準信号の大き
    さを超えると第２のトリップ信号を発生する手段と、第
    １または第２のトリップ信号に応答して回路を開放する
    手段とよりなることを特徴とする過電流トリップ回路。
  2. 【請求項２】　　状態信号を発生する前記手段が計測用
    シャントよりなることを特徴とする請求項１に記載の過
    電流トリップ回路。
  3. 【請求項３】　　状態信号を第１の基準信号と比較する
    前記手段が、状態信号を受信するバッファ回路と、バッ
    ファ回路の出力を第１の基準信号と比較する第１のコン
    パレータとよりなることを特徴とする請求項１に記載の
    過電流トリップ回路。
  4. 【請求項４】　　状態信号を処理する前記手段が平均値
    出力フィルタ２８よりなることを特徴とする請求項１に
    記載の過電流トリップ回路。
  5. 【請求項５】　　処理済み状態信号を第２の基準信号と
    比較する前記手段が第２のコンパレータよりなることを
    特徴とする請求項１に記載の過電流トリップ回路。
  6. 【請求項６】　　電力導体中の電流及びその電流の増加
    率をモニターする手段と、前記電流の増加率が第１の所
    定限界値を超えるか或いは前記電流の大きさが第２の所
    定限界値を超えると前記導体を含む回路を開放する手段
    とよりなることを特徴とする過電流トリップ回路。
  7. 【請求項７】　　過電流状態の発生により回路を開放す
    る方法であって、電力導体中の電流及びその電流の増加
    率を表わす状態信号を発生させ、状態信号を第１の基準
    信号と比較して状態信号の大きさが第１の基準信号の大
    きさを超えると第１のトリップ信号を発生させ、状態信
    号を処理して処理済み状態信号を発生させ、処理済み状
    態信号を第２の基準信号と比較して処理済み状態信号の
    大きさが第２の基準信号の大きさを超えると第２のトリ
    ップ信号を発生させ、前記第１または第２のトリップ信
    号に応答して回路を開放するステップよりなることを特
    徴とする方法。
  8. 【請求項８】　　過電流状態の発生により回路を開放す
    る方法であって、電力導体中の電流及びその電流の増加
    率をモニターし、前記電流の増加率が第１の所定限界値
    を超えるか或いは前記電流の大きさが第２の所定限界値
    を超えると前記電力導体を含む回路を開放するステップ
    よりなることを特徴とする方法。
JP3244670A 1990-08-30 1991-08-29 過電流トリップ回路 Pending JPH04244724A (ja)

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US07/574,980 US5181155A (en) 1990-08-30 1990-08-30 Overcurrent trip circuit
US574980 1990-08-30

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JPH04244724A true JPH04244724A (ja) 1992-09-01

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EP (1) EP0473428A3 (ja)
JP (1) JPH04244724A (ja)
KR (1) KR920005205A (ja)
CN (1) CN1059429A (ja)
CA (1) CA2049120A1 (ja)

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