JPS62503071A - 地絡遮断器 - Google Patents

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】 本発明は漏電遮断器とも呼ばれろ地絡遮断器（［）ＰＣＩ）に関する。特に、異 なるさまざまな種類のＧＰＣＩに応用可能な改良に関する。

地絡遮断器は２本もしくはそれよシも多い電線を流れろ電流の正味零値からの逸 脱？検出してこれらの電線に電力を供給する回路を開く装置である。このような 不平衡は通常回路内の１本もしくは数本の電線が大地との第２の接続を確立して 、問題とする電線の中の１本以外の径路を介して電源に幾分電流を戻すことがで きることを意味する。代表的に感知装置はトロイダル変圧器であｐｌその１次側 は１もしくは数ターンの電線でありその中で不平衡を感知する。代表的に数百タ ーンである２次コイルは電流の不平衡に応答して出力を発生する。

米国で入手可能な地絡遮断器のもう一つの特徴は地絡中性線検出手段である。こ れはアンダライターズラざうｌ−ＩＪ　（Ｕ　Ｌ　）及びカナダ標準協会（Ｃ３ Ａ　）の地絡遮断器のリスト条件であるが、さまざまな欧州標準では必要とされ ない。中性地絡の検出は通常ある種の静止発振器により行われる。これは（）Ｐ ＣＩよりも下流の位置で中性線が地絡する場合を除きオフとされる正帰還を示す 回路である。このような地絡が中性線に生じろと、発振が累積されて信号を発生 しそれは電流不平衡信号と同様に処理されて回路への給電を遮断する。

現在ＧＦＣＩに適用される標準では回路は検出されたある最小値よりも低い平衡 電流に応答してはならない。

これによシ線路上の電気ノイズによシ生じる誤トリップに対する識別ウィンドが 設けられろ。Ｃ）ＰＣＩは最小電流を所定期間検出した時にトリップしなければ ならない。電流が増大する程トリップ時間は速くなる。

（）ＰＣＩの動作のこれら及びその他の局面については、参照としてここに組み 入れている米国特許第４，２６３，６３７号及び米国特許出願第０６／４１２， ４５４号に長々と記載されている。

削記蒋許及び出願から、ＧＦＣＩの動作は電子回路の動作に依存することが判る 。次に、電子回路は動作のための電力を必要とする。代表的に、電力は保護され た線路から引き出される。短絡や重過負荷によＱ線電圧が低下して電子回路の動 作電圧が低下すると、（）ＰＣＩの動作に問題が生じる。国によっては、ＧＦＣ Ｉの最小作動給電圧を規定するのに標準を適用しているところもある。この種の 代表的な標準では、２２ＯＶ口路の電圧が公称値の２０％丁なわち４４．　Ｖに 低下した時にＯＦ（：’工の信頼度の高い動作を要求している。代表的に、２２ ０ｖ装置は公称動作電圧の２０％の範囲内で作動ｊ′るように設計する必要があ ることを思い出していただきたい。これは、このようなＧＦＣＩが４４Ｖから２ ６４ｖまでの遥かに広範な電圧範囲にわたって作動しなければならないことを意 味する。このような作動範囲によｐ　（）ＰＣＩの設計に極端な要求がなされる こと改良型地絡遮断器（ＧＦＣＪ、　）　’ｉ提供することが本発明の目的であ る。

Ｃ）ＰＣＩに故障電力）　ＩＪツブ信号を与えろごとも本発明の目的である。

ＧＦＣＩが短絡に応答して低減された動作電圧で作動できるように地絡遮断器に 改良を加えることも本発明の目的である。

ＧＦＣＩの動作會補う故障電力）　ＩＪノブ回路を提供することも本発明の目的 である。

これら及びその池の目的は本発明の詳細説明により明白となる。

地絡遮断器には付加電流感知素子が設けられており、そ扛に交流回路の電力縁を 流れる電流の正味値に応答する。巻線はそれ自体の強磁性鉄心上に巻回するかも しくはＧＦＣＩ内の不平衡を感知するために使用する鉄心上の独立巻線として配 置することができる。後者の場合、付加巻線は通常主感知巻線から電気的に絶縁 されろ。電力線内の電流の不平衡によりコンデンサを充電するように、付加コイ ルが整流ダイオード及びコンデンサに接続される。０のようにしてコンデンサの 両端間に生じ７：Ｉ電圧は地絡遮断器のトリップ＠構を作動させるのに使用され る。このようにして付加巻線内に得られる故障電力信号により、Ｃ）ＰＣＩの残 シに対する動作電圧をその動作を防止するような値まで低減するよう力重故障電 流が存在するにもかかわらず０ＦＣＩが作動可能とされる。

図面の簡単な説明 第１図に不発明を実施した回路の全体ブロック図、第２ａ図は第１図のセンサの 他の接続法の回路図、Ｍ２ｂ図は第１図のセンサの他の第２の接続法の回路図、 第２Ｃ図は第１図のセンサの他の第６の接続法の回路図、 第２ｄ図（グ第１図のセンサの他の第４の接続法の回路図、 第６図は本発明を笑旅した回路の詳細回路図である。

実施例の詳細説明 第１図は本発明を実誇した回路のブロック図て゛ある。

第１図において、電源１０が線１４を介して負荷１２に接続されている。第１図 は６相モータ等の負荷に対する三相電源の代表的接続ｋＷわ丁６線１４ケ示して いる。これは多くの実施例の一つｔ表わし、それらは全て本発明を実施するのに 使用するごとができる。このようにして、線１４は接地の焦い三相負荷に対する 電流キャリアラ表わす。これらは接地のある三相負荷の４線を表わ丁ことができ る。これらは非接地単相負荷の２線を表わ丁ことができ、あるいは接地線を有す る単相負荷の３線？表わ丁こともできろ。これらの任意の可能性を等しく本発明 の実施に適応することができる。

電線１４はコイル２０が２次側である変圧器１８の１タ一ン１次側を構成する強 磁性鉄心１６を貫通している。変圧器１８は電線１４内を非ぞ口正味電流が流れ ている場合のみコイル２００両端間に電圧音生じる。

このような不平衡は変圧器１６の負荷側に地絡が生じて、変圧器１８全貫通しな い径路を介して電源１０に幾分電流が戻っていることを示す。このような感知は 多くの地絡遮断器？衣徴している。

変圧器１８は電線１４内の電流の不平衡に応答して信号を発生する過電流感知回 路２２に接続されている。

過電流感知回路２２の出力はリレー駆動回路２４に取シ出されて接点２６を開く 。負荷１２内側の回路を制御して負荷１２への電力を遮断する他に、パワートリ ップインジケータをも遮断する。また、接点２６は第１図に示す接点２６位置に 対応する位置で電線１４を遮断することかできる。比較的大きい負荷に対しては 、図示するように負荷１２内に故障トリップ機構上膜けるのが一般的である。

第１図の回路の作動電力は制御源３０から到来するように示されている。第１図 において、制御源３０は電源１０から独立しているが、制御源３０を達成する一 つの方法ｉｉ電源１０の変圧器もしくはその一つの位相とする０とができるのは 明白である。第１図において、制御源３０からの電力はコンタクタ２６及び鉄心 １６及び電線３２に通ってトリップインジケータ２８へ供給されろ。ここで、を 線３２は負荷１２にも接続されている。これは必ずしも必焚ではないが、大きい 負荷への電力を制御するコンタクタの作動電力を供給するために一般に行われろ 。

制御源３０からの電力は常閉スイッチであるスイッチ３４全通って直流給電３６ へも通される。スイッチ３４は故障もしくはテスト後にトリップインジケータ２ ８をリセットするリセットスイッチである。直流給電３６は過電流感知回路２２ へ接続されて作動電圧上供給する。制御源３０からの電力はまた、スイッチ３４ を介してトリップインジケータ３８及び負荷１２に接続され故障ｔシミュレート して回路の動作？テストする手段を提供するテスト回路３８にも取り出される。

第１図に示す素子はいくつかの地絡遮断器を表徴している。本発明は電線１４を 密閉する強磁性鉄心１６上のコイル４４からなる変圧器を付加する。コイル４４ はこのようにして電線３２とリンクされる。これは設計上の選択の問題である。

独立鉄心４２上にコイル４４を設けて独立変圧器４０を構成することも同等に実 行可能である。変圧器１８及び４０は負荷１２へ電力を運ぶ電線１４のみを密閉 することができ、独立したＧＦＣ工により電線３２に保護しｆｃｐ地絡故障に対 する保護なしに作動させることができる。他のいくつかの構成を第２図に示す。

第２ａ図において、単相回路の２本の電線１４が独立変圧器１８及び４０により 保護され、変圧器４０の方が電源に近い。第２ｂ図において、電線１４は非接地 三相系統もしくは接地単相系統とすることができ、変圧器１８の方が電源に近い 。

第２Ｃ図において、電線１４は接地三相系統１［わし、変圧器４０は静止発振器 に信号會与えるようにある距離だけ変圧器１８の下流に配置されている。第２ｄ 図において、接地単相回路の電線１４は別々の変圧器１６及び４２に接続されて おシ、さらに静止発振器回路の一部として排他的に機能する第６の変圧器４５に も接続されている。電線１４は変圧器４００１次側を構成している。

第１図において、コイル４４はダイオード４６’（＋−介して過電流感知回路２ ２へ接続されている。変圧器４０によシ検出される不平衡信号により、本発明の 特徴である異なるレベルにおける動作が行われる。

第３図は第１図の回路の詳細回路図である。第６図において、説明する第１の素 子は前記したものを含むいくつかの地絡遮断器の素子である。次に説明する特定 回路は米国特許出願第４１２．４５４号゛地絡検出回路”に開示されているもの である。このようにして、第６図において、コイル２０にはコンデンサ６２及び ダイオード６４及び６６が並列接続されている。ダイオード６４及び６６は反対 極性とされ、コイル２０両端間に生じる電圧量を制限する。コンデンサ６２はダ イオード６４及び６６に加わる電圧ｔ−りｔ低減する。

コイル２０はコンデンサ６８及び抵抗器７０．７２を介して増幅器７４に接続さ れている。コイル２０の固有インダクタンスがコンデンサ６８の容量及び抵抗器 ７０．７２の抵抗と結合して特許出願第４１２，４５４号に示されているような 直列ＲＬＣ回路を形成する。コンデンサ７８と並列に可調整抵抗器７６が接続さ れていて増嘉器７４に負帰還を行う。

増幅器７４の出力は抵抗器８０を介して集積回路８２の負入力端子に加えられる 。集積回路８２の正端子への入力がコイル２０の一方側から取り出される。

抵抗器８４、コンデンサ８６及びコンデンサ６５は集積回路８２の周シの負帰還 及び不要信号の濾波上行う。

第３図の回路の正規動作は変圧器１８内の不平衡電流を検出することからなって いる。結果として生じる信号が演算増幅器７４及び集積回路８２から導線８８を 介して取り出されＳＣＲ９Ｑをトリガーする。過電流感知回路２２及びリレード ライブ回路２４の電力は制御源３０からスイッチ３４、丁なわちリセットスイッ チ、を介して直流給電３６へ取ｐ出される。これは、整流器ブリッジ９４の両端 間に接続されたＭＯＶ　９２　’に含んでいる。整流器９４からの電力（丁ダイ オード９６へ取り出され、コンデンサ９８により濾波される。整流器ブリッジ９ ４の整流された出力はＳＣＲ，Ｉ　Ｑ　Ｏ”ｘ介して印加され常時励起リレーコ イル１０２ケ駆動する。

励起されたリレーコイル１０２の接点２６は負荷１２に電力を供給する。ＳＣＲ １００は交Ｒ紛電圧の半サイクルごとに抵抗器１０６及び１０８を流れる電流に よりトリガされる。トリが信号は比較的一定の＠流値であるコンデンサ９８両端 間の濾波された電圧から引き出される。濾波されないブリッジ９４の整流された 出力（，１、スイッチ３４が閉成して制御源３０から富力を加える時は常に、５ ＣＲ１００とリレーコイル１０２の直列粘合の両端間に加えられる。充分な大き ざの故障が加わると、５ＣＲ９Ｑがオンとされ次の半サイクル中にｓｃｕ　１０ 　Ｃ１のターンオンを抑止する。コンデンサ６７　ｆｌ　ＳＣＲ９０の入力を濾 波してノイズ信号による誤トリップ全防止する。スナバダイオード１０４がリレ ーコイル１０２両端間に配置され、５ｃＲ１００’に流れる電流を遮断した時に 比較的高い電圧が生じるの？防止する。

コンデンサ９８の両端間の濾波された直流電圧が導線１１０上に取り出され、演 算増幅器７４、カスタム増幅器、レベル検出器集積回路８２へ動作電圧を供給す る。０扛はいくつかの方法で行うごとができる。ここに示す方法は抵抗器１１２ 及び発光ダイオード（ＬＥＤ　）　１１４　ｋ介して動作電圧を加えろ方法であ る。

回路がオンであることを示すインジケータとして＠能するＬＥＤ　１ｉ　４の故 障時に、演算増幅器７４及び集積回路８２へ電流を供給することによりバイパス 抵抗器１１６が回路上作動させる。直流電圧？！−特別に濾波するために、図示 ・Ｔろように、ざらに濾波コンデンサ１１８を使用することができる。

テスト回路３８（グ抵抗器１２２？介して電６３２の１本に接続された常開スイ ッチ１２０？有している。

これは、変圧器１８を流れる電流に不平衡を生じてリレーコイル１０２と回路を 開かせることにより第６図の回路の動作をテストする。回路がトリップされてい ない場合には、電力が抵抗器１２３及びＬＥＤ　１２４　ｋ流れて回路がオンで あるという可視表示會得る。ＬＥＤ１２４がオフである場合には、回路はトリッ プされている。ダイオード１２６がＬＥＤ　１２４の両端間に配置され、その逆 電圧全許容値に保持する。

繰り逗子と、第６図のＧＦＣ工の正規動作には演算増幅器７４及び集積回路８２ を介して接続されているコイル２０に信号？生じてＳＣＲ９０’ｋ　）リップさ せリレーコイル１０２への電力？除去することが含まれる。

コイル２０は回路の他の要素と共に、指定された不平衡に応答してトリップ信号 を発生するようなサイズとされている。しかしながら、電流の不平衡に制御源３ ０の電圧を低減させる短絡が関連する場合には、演算増幅器７４及び集積回路８ ２は低減電圧によシ非作動とすることができろ。これが、本発明の改良が効力に 表わｊＡである。変圧器４０がコイル４４の両端間に信号を生じ、それはダイオ ード４６により整流されてＳＣＲ９０のダートに直接加えられる。ＳＣＲ９０及 び１００を共にトリガして比較的低いアノード電圧で導通させることができろ。

一度このようになると、故障時における第６図の回路の機能の唯一の制約は、整 流器ブリッジ９４がＳＣＲ９０に充分な電流を供給してリレーコイル１０２を消 勢し接点２６を開くことである。

変圧器４０から供給される信号は演算増幅器７４及び集積回路８２にバイパスし て直接ＳＣＲ９０’を作＠させるため、その効果は故障電力ドリップと呼ぶのが 適切である。

このような効果は他の方法でも達成できることが明白である。例えば、コイル４ ４はダイオード４６’に介してｐｙ”−）ＳＣＲ１００へ接続してそれｌ　トＩ Ｊガすることかできる。また、コイル４４をダイオード４６を介してダイオード １０４の両端間に直結し、リレーコイル１０２會変圧器４０からのエネルギによ υ排他的に給電するごとができる。リレーコイル１０２の動作によりラッチされ たリレーがアンラッテされ常閉接点２６′ｌ１ｌ−開くことができる゛。前記動 作モード全組み合せてコイル４４を第６図に示すようなＳＣＲ１００のトリガー に使用し且つリレーコイル１０２を直接駆動するように接続することができろ。

このような組合せにより広範な地絡故障がカバーされ、且つ広範な短絡にわたっ て作動して線電圧？低下さセることができろ。いずれにせよ、欧州標準に合致す る実施例は第６図に示すものである。米国及びカナダの標準に合致するのは、第 ６図の実施例に第２Ｃ図及び第２ｄ図の静止発振器用帰還コイルを付加したもの である。

第６図の回路を実際に組み立ててテスト’を行った。

素子の値を第１図〜第３図の素子番号により表に示す。

抵　抗　器　コンデンサ ７０　１Ｋ　６５　０．００１ ７２　１Ｋ　６７　１０ ７６　１Ｍ　６８　１０ ８０　２７Ｋ　７８　０．００１ ８４　６８Ｋ　’　８６　０．００２２１１２　１２に、ＩＷ　９８　０．２２ １１６　１Ｋ　１１８　６．８ １２２　２４　Ｋ　１／２Ｗ 変　圧　器 １６　フェライトトロイダルコア ４２　〃 ２　Ｄ　変　圧　器　コ　イ　ル　、　１４００　ターン４４　〃２５０／／ ダイオード ４６　１Ｎ４００４ ６４　１Ｎ４００４ ６６　１Ｎ４００４ １１４　発光ダイオード １２６　１Ｎ４［１０４ ７４汎用演算増曙器 ８２　アナログカヌタムエＣ； 演算増幅器、レベル検出器及びシャント抵抗器上官む ９０　シリコン制御整流器 ９２　金属酸化物バリスタ ９４　シリコンブリッジ整流器 １００　シリコン制御整流器 １０２　トリップコイル 国際調査報告

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．地絡発生時に電源から負荷への電気的エネルギの供給を遮断する地絡遮断器 において、電源と負荷間で電力を運ぶ電気導体内の電流の不平衡を検出する第１ の手段と、 第１の感知手段に接続され第１の感知手段からの信号に応答して負荷への電力を 遮断する電気回路装置と、電子回路に接続され電子回路への供給電圧の低下の有 無に無関係に電子回路を作動させる、負荷への給電系統の地絡故障に応答する第 ２の感知手段とを具備する地絡遮断器。
2. ２．請求の範囲第１項において、第１のセンサは負荷へ電流を運ぶ導体を密閉す る強磁性材の鉄心と前記鉄心上に巻回され鉄心中を通る交流電流の不平衡に応答 して信号を発生するコイルとを具備し、第２の感知手段は前記鉄心上に巻回され 且つ第１のコイルから電気的に絶縁された第２のコイルを具備する地絡遮断器。
3. ３．請求の範囲第１項において、第１のセンサは常時負荷へ電流を遅ぶ全導体を 密閉するように配置された第１の強磁性鉄心と、前記鉄心上に巻回され前記鉄心 に磁気結合された第１のコイルを具備し、第２のセンサは負荷電流に磁気結合さ れた第２の鉄心及び前記第２の鉄心上に巻回され前記第２の鉄心と磁気結合され た第２のコイルを具備する地絡遮断器。
4. ４．請求の範囲第３項において、さらに、第１のセンサからある距離だけ離れて 負荷電流を密閉するように配置された第３の強磁性鉄心と、 前記第３の鉄心上に巻回されて前記第３の鉄心と磁気結合され、電子回路に接続 されて中性点接地時に正帰還を行うようにされている第３のコイルを具備する地 絡遮断器。
5. ５．請求の範囲第１項において、さらに制御電源と、 前記制御電源及び電子回路に接続され電子回路に直流電力を供給する直流給電と 、 前記電子回路及び複数個の接点に接続され負荷への交流電力を遮断するリレー駆 動回路 を具備する地絡遮断器。
6. ６．請求の範囲第５項において、さらに地絡故障が検出されて電力が遮断された ことを示すトリップインジータを具備する地絡遮断器。
7. ７．請求の範囲第５項において、さらに地絡故障をシミュレートして回路をテス トする装置を具備する地絡遮断器。