JPS6259527B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は過電流継電器に関し、特に、たとえ
ば主回路に過大電流が流れたとき、瞬時もしくは
所定の遅延時間後に引きはずし装置を駆動して主
回路をしや断するような過電流継電器に関する。

従来より、たとえば主回路の電流が所定値以上
になると、ある限時を有してあるいは瞬時に、こ
の主回路をしや断する過電流継電器が実用に供さ
れている。

第１図はこの発明の背景となる過電流継電器の
限時特性を示すグラフの一例であり、横軸に定格
電流に対する百分率「％」、縦軸に引きはずし動
作時間を示す。この一例の３要素引きはずし特性
においては、長限時および瞬時引きはずし要素の
設定値は固定されており、短限時要素の設定値は
500〜1000％の範囲で可変となつている。また、
各要素の時限は固定されている。

第２図は第１図に示す限時特性を有する過電流
継電器の一例を示す電気回路図である。この第２
図に示す例では、主回路として三相交流回路を示
す。したがつて、主回路には三相の電線１ａ〜１
ｃが設けられ、この各線１ａ〜１ｃには、後述の
引きはずしコイル１０によつて駆動される回路し
や断器２が介挿される。そして、これら各線１ａ
〜１ｃには、それぞれの線に流れる電流を検出す
るための変流器３ａ〜３ｃが個別的に設けられ
る。各変流器３ａ〜３ｃの出力端には、その出力
電流をさらに小さくするため飽和型の中間トラン
ス４ａ〜４ｃの１次側が接続される。この中間ト
ランス４ａ〜４ｃの２次巻線の各一方端は、整流
回路５を構成するダイオード５１ａ，５２ａ，５
１ｂ，５２ｂ，５１ｃ，５２ｃに接続される。そ
して、この中間トランス４ａ〜４ｃの２次巻線の
各他方端は、個別的に２つのダイオード５３，５
４に接続される。これらの変流器３ａ〜３ｃおよ
び中間トランス４ａ〜４ｃならびに整流回路５に
よつて入力回路が構成される。この入力回路は、
三相の電線１ａ〜１ｃを流れる各相電流のうち、
最大の絶対値を有する電流に相関する入力電流を
後続の回路に与えるためのものである。

前記整流回路５からの最大電流に相関する直流
電流は、ダイオード７０１と可変抵抗器６２５と
抵抗６０１とダイオード７０２とを介してコンデ
ンサ８０１を充電するとともに、ダイオード７０
６を介してコンデンサ８０６を充電する。ここ
で、ダイオード７０６およびコンデンサ８０６の
直列回路と、可変抵抗器６２５、抵抗６０１およ
びダイオード７０２の直列回路とが並列接続され
ていることにより、コンデンサ８０６の両端電圧
は可変抵抗器６２５と抵抗６０１との両端電圧波
高値に等しくなる。なお、可変抵抗器６２５と抵
抗６０１との直列回路には、直列接続された３個
のツエナーダイオード７０３〜７０５が並列接続
されているため、可変抵抗器６２５と抵抗６０１
との両端電圧はツエナーダイオード７０３〜７０
５のツエナー電圧の和によつて規定される。

前記コンデンサ８０１の充電電圧がトランジス
タ９０１のベースとアースとの間に接続されてい
るツエナーダイオード７０７，７０８のツエナー
電圧の和に達したとき、ダイオード７０２を介し
た入力電流は、前記トランジスタ９０１のエミツ
タ−ベース間に接続された抵抗６０３を介してツ
エナーダイオード７０７および７０８を経てアー
スに至る。抵抗６０３に電流が流れたことによつ
て、その両端に電圧が生じ、コンデンサ８０１に
対して並列的に接続されたトランジスタ９０１が
導通する。トランジスタ９０１が導通状態になる
と、入力電流はトランジスタ９０１のエミツタ−
コレクタを介して抵抗６０２に流れる。また、抵
抗６０３による電圧降下は、トランジスタ９０１
のエミツタ−ベース間電圧降下Ｖ_EBのほぼ0.6V
に保持される。したがつて、コンデンサ８０１の
端子電圧は一定の値（ツエナーダイオード７０
７，７０８のツエナー電圧の和＋0.6V）に保持
される。この電圧は入力電流の大きさに関係なく
一定電圧であり、このコンデンサ８０１の端子電
圧が後述のコンパレータ９０４，９０５の電源電
圧となる。また、前述の抵抗６０３およびツエナ
ーダイオード７０７を経て流れる電流によつてコ
ンデンサ８０２が充電され、その端子電圧はツエ
ナーダイオード７０８のツエナー電圧によつて規
定される一定電圧ES２となる。この電圧ES２は
後述のプログラマブルユニジヤンクシヨントラン
ジスタ（PUT）９０７の基準ゲート電圧にな
り、この電圧ES２を可変抵抗器６０５と抵抗６
０４とによつて分圧された電圧ES１はコンパレ
ータ９０４と９０５との基準電圧になる。

一方、コンデンサ８０６は、抵抗６０１の端子
電圧波高値に等しい純直流電圧で充電され、その
電圧は主回路の大きさに比例する。その結果、ト
ランジスタ９０２のエミツタ側に接続されている
可変抵抗器６０７と抵抗６０６およびトランジス
タ９０６のエミツタ側抵抗６１３の両端に電圧が
生じる。この場合、可変抵抗器６０７と抵抗６０
６とによる電圧降下は抵抗６１３の電圧降下に等
しく、その値はコンデンサ８０６の両端電圧より
ほぼ0.6V低い値になる。この第２図において
は、主回路に過電流が流れた場合、コンデンサ８
０６の両端電圧を0.6Vに比べてかなり大きくと
つているので、結果的に可変抵抗器６０７と抵抗
６０６とによる電圧降下および抵抗６１３による
電圧降下の大きさは、ほぼ主回路電流に比例した
大きさとなる。したがつて、トランジスタ９０２
のエミツタ電流は、ほぼ主回路電流の大きさに比
例して流れ、ほぼエミツタ電流に等しいコレクタ
電流がトランジスタ９０２のコレクタ側に接続さ
れている抵抗６０９に流れる。

その結果、抵抗６０９の両端に生じる電圧が長
限時信号として、コンパレータ９０４の比較入力
端に与えられる。この信号すなわち抵抗６０９の
両端に生じた電圧が、コンパレータ９０４の基準
電圧ES１より大きくなる（主回路電流が長限時
引きはずしの設定値を超えることを意味する）
と、コンパレータ９０４からハイレベル信号が出
力され、ダイオード７０９を介して抵抗６２０に
印加される。その結果、後述の限時用コンデンサ
８０３は充電可能の状態となる。逆に、抵抗６０
９の両端に生じた電圧がコンパレータ９０４の基
準電圧ES１より小さい（主回路電流が長限時回
路の設定値以下であることを意味する）場合、コ
ンパレータ９０４の出力信号はローレベルとな
り、コンデンサ８０３に充電されている電荷がダ
イオード７１０と抵抗６２０とを介して放電され
る。前述のごとく、主回路電流が長限時回路の設
定値を超え、コンデンサ８０３が充電可能状態に
あるとき、前記トランジスタ９０６のコレクタ電
流がコンデンサ８０３の充電電流となる。トラン
ジスタ９０６のコレクタ電流はほぼ自身のエミツ
タ電流に等しく、この場合、トランジスタ９０６
のエミツタ抵抗６１３によつて生じる電圧降下
は、前述のごとくほぼ主回路電流の大きさに比例
している。

一方、PUT９０７のゲート電極には、抵抗６
１６を介してゲート電圧ES２が印加される。し
たがつて、PUT９０７はコンデンサ８０３の両
端電圧がゲート電圧に達したとき導通して、カソ
ードから抵抗６１７を介してサイリスタ９０８の
制御電極に制御電圧を印加する。それによつて、
サイリスタ９０８がターンオンして、コンデンサ
８０１に充電している電荷を引きはずしコイル
（ShT）１０に放出する。サイリスタ９０８の制
御電極とアース間に接続されている抵抗６１８と
コンデンサ８０４との並列回路は、サイリスタ９
０８のサージによる誤動作を防止するためのもの
であり、サイリスタ９０８のアノードとカソード
とに並列接続されている抵抗６１９とコンデンサ
８０５との直列回路はサイリスタ９０８に流れる
電流を素早く保持電流以上にするためのものであ
る。また、サイリスタ９０８のアノードと引きは
ずしコイル１０との間に介挿されているダイオー
ド７１１は、引きはずしコイル１０の残留エネル
ギを放電させるためのものである。

ここで少しさかのぼつて、再度コンデンサ８０
３への充電回路を考えてみる。前記トランジスタ
９０６のエミツタ抵抗６１３の両端電圧は、前述
のごとくほぼ主回路電流の大きさに比例し、もし
この抵抗６１３に並列接続されている抵抗６１４
とツエナーダイオード７１５および抵抗６１５と
ツエナーダイオード７１６がない場合、その充電
速度は回路電流に比例することとなり、結果的に
長限時回路の動作特性はIt＝一定の反限時特性と
なる。しかしながら、保護対象機器の熱特性より
考えて、過電流継電器の保護特性はほぼI²t＝一
定であることが望ましい。この実施例において
は、抵抗６１４とツエナーダイオード７１５およ
び抵抗６１５とツエナーダイオード７１６を抵抗
６１３に有機的に結びつけることにより、簡易的
にほぼI²t＝一定の反限時回路を得ている。

次に、短限時検出回路について説明する。前記
トランジスタ９０２のエミツタ側に接続されてい
る可変抵抗器６０７は短限時引きはずし設定値調
整範囲を規定するものである。この可変抵抗器６
０７によつて電圧が分圧されてトランジスタ９０
３のベースに与えられる。トランジスタ９０３の
エミツタ側にはツエナーダイオード７１４と抵抗
６０８とが接続されている。したがつて、トラン
ジスタ９０３はコンデンサ８０６の端子電圧があ
る値になり、前記分圧された電圧がツエナーダイ
オード７１４のツエナー電圧を超えたとき、エミ
ツタ−コレクタを介して抵抗６１０に電流を流
す。この抵抗６１０の両端電圧は短限時検出回路
を構成するコンパレータ９０５の比較入力端に与
えられる。この信号すなわち抵抗６１０の両端に
生じた電圧がコンパレータ９０５の基準電圧ES
１より大きくなる（主回路電流が短限時引きはず
しの設定値を超えることを意味する）と、コンパ
レータ９０５からハイレベル信号が出力され、ダ
イオード７１２と抵抗６１１とを介して前記コン
デンサ８０３を充電する。なお、短限時引きはず
しの設定値は、長限時引きはずしの設定値より大
きいので、前記の状態においては長限時用コンパ
レータ９０４の出力がハイレベルにあり、コンデ
ンサ８０３を充電可能状態にしていることは当然
である。

次に、瞬時しや断回路について説明する。前記
トランジスタ９０１のコレクタと抵抗６０２との
接続点には、ツエナーダイオード７１８のカソー
ドが接続され、このツエナーダイオード７１８の
アノードは抵抗６２４を介して前記サイリスタ９
０８のゲート電極に接続される。このツエナーダ
イオード７１８は抵抗６０２の両端に生じた電圧
が自身のツエナー電圧を超えたとき導通してサイ
リスタ９０８にゲート電圧を与える。前記ツエナ
ーダイオード７１８のツエナー電圧は、瞬時引き
はずし設定値に相当する入力電流が前記抵抗６０
２を流れたとき、その両端に発生する電圧に等し
く選定される。同時に、前記ツエナー電圧は、制
御電源部に含まれるツエナーダイオード７０７と
７０８とによるツエナー電圧の和に比べて小さく
選ばれている。

したがつて、瞬時しや断電流が抵抗６０２に流
れても、トランジスタ９０１が飽和することなく
常に導通状態にあり、コンデンサ８０１の端子電
圧は常に一定に保たれ、引きはずしコイル１０の
駆動用電源として用いることができる。

ところで、この第２図に示す過電流継電器にお
いて、引きはずしコイル１０はコンデンサ８０１
に充電されている電荷によつて駆動されるが、こ
の動作を確実にするためには、コンデンサ８０１
から引きはずしコイル１０に充分な電荷を放出す
る必要がある。そのためには、コンデンサ８０１
の容量を大きくするかあるいはコンデンサ８０１
の充電電圧を高くする必要がある。コンデンサ８
０１の容量を大きくすると、コスト的に高くなる
とともに、容量を大きくしたことによつてその形
状が大型化するため取付スペースを広く必要とす
る。また、コンデンサ８０１の充電電圧を高くす
れば、トランジスタ９０１のエミツタ−コレクタ
間の電圧を高めることになる。ところが、コンデ
ンサ８０１に流れる入力電流が大きくなつた場
合、コンデンサ８０１の端子電圧が一定電圧にな
ると、それ以上の電流はトランジスタ９０１のエ
ミツタ−コレクタを介して抵抗６０２に流れるこ
とになり、トランジスタ９０１の発熱が多くな
る。そのため、トランジスタ９０１として大型の
パワートランジスタを用いる必要が生じ、コスト
的に高くなつてしまう。

それゆえに、この発明の主たる目的は、コンデ
ンサの端子電圧を一定にするためにトランジスタ
は小型のものであつても主回路に流れる電流が予
め定められた設定値を超えたとき高い電圧を引き
はずし装置に与えて確実に主回路をしや断しうる
過電流継電器を提供することである。

この発明は、要約すれば、コンデンサに対して
トランジスタを並列的に設けるとともに、コンデ
ンサの端子電圧が予め定める電圧以上になつたと
き導通してトランジスタに入力電流を流す少なく
とも２個の直列接続された定電圧素子を設ける。
そして、主回路に流れる電流が予め定める設定値
以下の場合は少なくとも１個の定電圧素子を側路
して、コンデンサの端子電圧を低くしておく。主
回路に流れる電流が設定値以上になつたとき、定
電圧素子の側路を解除してコンデンサの端子電圧
を高め、この高めた電圧で引きはずし装置を駆動
して確実に主回路をしや断するようにしたもので
ある。

この発明の上述の目的およびその他の目的と特
徴は以下に図面を参照して行なう詳細な説明から
一層明らかとなろう。

第３図はこの発明の一実施例の電気回路図であ
る。この第３図は以下の点を除いて第２図と同じ
であるため、この発明の特徴部分についてのみ説
明する。長限時検出回路を構成するコンパレータ
９０４の出力側の抵抗６２０に対して抵抗６２３
を直列接続する。そして、抵抗６２０と６２３と
の接続点はツエナーダイオード７２０を介して側
路状態解除手段を構成するトランジスタ９０９の
ベースに接続される。トランジスタ９０９のエミ
ツタは接地され、コレクタは抵抗６２２と６２１
とを介してコンデンサ８０１に接続されるととも
に、ダイオード７２１を介してトランジスタ９１
０のベースに接続される。トランジスタ９１０の
コレクタはツエナーダイオード７０７のカソード
に接続され、エミツタはアノードに接続される。
すなわち、このトランジスタ９１０はコンデンサ
８０１の端子電圧を一定にするためのツエナーダ
イオード７０７と７０８のうち７０７を側路する
側路手段を構成する。また、抵抗６２１と６２２
との接続点にはツエナーダイオード７１９が接続
される。

電線１ａ〜１ｃに流れる電流が長限時設定値以
下である場合には、コンパレータ９０４の出力は
ローレベルとなつている。したがつて、抵抗６２
０と６２３との接続点もローレベル以下の信号と
なり、ツエナーダイオード７２０が導通しないた
めトランジスタ９０９も非導通になつている。ト
ランジスタ９０９が非導通であるため、トランジ
スタ９１０のベースには抵抗６２１，６２２およ
びダイオード７２１を介してハイレベル信号が与
えられる。それによつて、トランジスタ９１０が
導通してツエナーダイオード７０７を無効化す
る。したがつて、コンデンサ８０１の端子電圧は
ツエナーダイオード７０８のツエナー電圧とトラ
ンジスタ９０１のベース−エミツタ間電圧との和
としての比較的低い電圧（たとえば10V）にな
る。この電圧は定常状態においてコンパレータ９
０４，９０５を駆動するだけであるため、このよ
うな低い電圧であつても問題になることはない。

次に、電線１ａ〜１ｃに流れる電流が長限時設
定値あるいは短限時設定値以上になると、コンパ
レータ９０４からハイレベルの出力信号が導出さ
れる。このハイレベルの出力信号はダイオード７
０９と抵抗６２０と６２３とに流れる。そして、
抵抗６２０と６２３とによつて分圧された電圧が
ツエナーダイオード７２０のツエナー電圧以上に
なると、トランジスタ９０９が導通する。トラン
ジスタ９０９が導通したことによつて、そのコレ
クタはローレベルとなり、トランジスタ９１０が
非導通になる。トランジスタ９１０が非導通にな
つたことによつて、ツエナーダイオード７０７の
側路状態が解除される。したがつて、コンデンサ
８０１の端子電圧はツエナーダイオード７０７と
７０８のツエナー電圧およびトランジスタ９０１
のベース−エミツタ間電圧の和としての比較的高
い電圧（たとえば30V）になる。

このようにコンデンサ８０１の端子電圧を高く
したことによつて、引きはずしコイル１０を充分
に駆動することができるので回路しや断器２によ
つて主回路を確実にしや断することができる。ま
た、定常状態においてツエナーダイオード７０７
が側路されているため、コンデンサ８０１の端子
電圧を低くすることができ、トランジスタ９０１
で消費される電力を小さくすることができるの
で、トランジスタ９０１は小型のものであつても
充分に用いることができる。

なお、ツエナーダイオード７０７の側路状態を
解除したとき、コンデンサ８０１の端子電圧が高
くなつてトランジスタ９０１にも高い電圧が印加
されるが、この場合には回路しや断器２によつて
主回路がしや断されるので、トランジスタ９０１
に高い電圧が印加される時間が極めて短かくな
る。そのため、トランジスタ９０１の温度上昇が
それほど大きくはならない。

以上のように、この発明によれば、主回路に流
れる電流が定常状態のときには、少なくとも２個
直列接続された定電圧素子のうちの少なくとも１
個を側路してコンデンサに充電される電圧を低く
しておき、主回路に流れる電流が予め定める設定
値を超えたとき定電圧素子の側路状態を解除して
コンデンサの充電電圧を高くするようにしている
ため、この高い電圧によつて引きはずし装置を確
実に作動させることができる。また、定常状態に
おいて、コンデンサの充電電圧が低いため、この
コンデンサに並列接続された少なくとも２個の定
電圧素子とともに定電圧電源を構成するトランジ
スタを小型化することができる。それによつて、
コスト的にも安価にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の背景となる過電流継電器の
限時特性を示すグラフである。第２図は第１図に
示す限時特性を有する従来の過電流継電器を示す
電気回路図である。第３図はこの発明の一実施例
を示す具体的な電気回路図である。 図において、１ａ〜１ｃは主回路の線路導体、
２は回路しや断器、３ａ〜３ｃは変流器、４ａ〜
４ｃは中間トランス、５は整流回路、６０１〜６
２４は抵抗、７０１，７０２，７０６，７０９〜
７１３，７１７，７２１，７２３はダイオード、
７０３〜７０５，７０７，７０８，７１２，７１
４〜７１６，７１８〜７２０，７２２はツエナー
ダイオード、８０１〜８０６はコンデンサ、９０
１〜９０３，９０６，９０９，９１０はトランジ
スタ、９０４，９０５はコンパレータ、９０７は
プログラマブルユニジヤンクシヨントランジス
タ、９０８はサイリスタ、１０は引きはずしコイ
ルを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 主回路に流れる電流が予め定められた設定値
   を超えたとき、引きはずし装置を作動させて前記
   主回路をしや断するしや断器用過電流継電器であ
   つて、 前記主回路に接続された変流器よりの２次電流
   を受け、それに応じた大きさの入力電流を発生す
   る入力電流発生手段、 前記入力電流によつて充電されるコンデンサ、 前記コンデンサの端子電圧が予め定める電圧以
   上になつたことに応じて導通する少なくとも２個
   の直列接続された定電圧素子と、該コンデンサに
   対して並列的に設けられかつ前記少なくとも２個
   の定電圧素子が導通したことに応じて前記入力電
   流を流すトランジスタとを含み、該コンデンサの
   端子電圧を一定にする定電圧手段、 前記定電圧手段に含まれる直列接続された前記
   少なくとも２個の定電圧素子のうちの少なくとも
   １個を定常的に側路する側路手段、 前記入力電流に基づいて前記設定値以上の電流
   が前記主回路に流れたことを検知する検知手段、 前記検知手段の検知出力に応じて前記側路手段
   による前記少なくとも１個の定電圧素子の側路状
   態を解除する手段、および 前記検知手段の検知出力に基づいて前記コンデ
   ンサの充電電圧を電源として前記引きはずし装置
   を駆動する手段を備えた、過電流継電器。 ２ 前記側路手段は、定常状態において導通して
   前記少なくとも１個の定電圧素子の両端を側路す
   る第１のトランジスタを含み、 前記側路状態解除手段は、前記検知手段出力に
   応答して導通して前記第１のトランジスタを非導
   通にする第２のトランジスタを含む、特許請求の
   範囲第１項記載の過電流継電器。