JPS6321146Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は静止形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静止形過電流継電
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静止形過電流継電器が実用
に供されている。

第１図はこの考案の背景となる静止形過電流継
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静止形
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１
ａ〜１ｃ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，５２
ａ，５１ｂ，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５
３，５４に接続される。これらの変流器３ａ〜３
ｃ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７０７，
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６０４と
によつて分圧された電圧ES１はコンパレータ９
０４と９０５との基準電圧になる。

一方、コンデンサ８０６は、可変抵抗器６０２
と抵抗６０１との直列回路の両端電圧波高値に等
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９０
２のエミツタ側に接続されている可変抵抗器６０
７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６０６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８０６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６
０９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より小さい場合（主回路電流が長限時
引きはずしの設定値以下であることを意味する）
と、コンパレータ９０４からローレベルの出力信
号が導出される。したがつて、ダイオード７０９
を介して直列接続された抵抗６２０と６２３との
接続点もローレベル以下の信号となる。このロー
レベル信号はツエナーダイオード７２０を介して
トランジスタ９０９のベースに与えられるが、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も非導通になる。トランジスタ９０
９が非導通であるため、ツエナーダイオード７０
７を側路するためのトランジスタ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７
０８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９０４，９０５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、長限時信号がコンパレータ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越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はツエナーダイオード７２０
のツエナー電圧以上になるように選定されている
のでトランジスタ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が非導通となつた
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８０
１の端子電圧はツエナーダイオード７０７と７０
８と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。

一方、コンパレータ９０４の出力信号がハイレ
ベルになると、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の出力信号がローレベルとなり、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６２３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。

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７０
７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９０
１で消費される電力を小さくできる。したがつ
て、トランジスタ９０１は小形のものであつても
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きわめて短くな
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。

ところで、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８
０４との並列回路は、サイリスタ９０８のサージ
により誤作動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１
０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と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
駆動用電源ととして用いることができる。

ここで、ツエナーダイオード７１９を設けてい
る理由について説明する。もし、このツエナーダ
イオード７１９が接続されていなくて、長限時引
きはずしの設定値を越えている場合、コンデンサ
８０１はほぼ30V程度に充電されている。そし
て、ある時点において主回路電流が長限時引きは
ずしの設定値以下になつたとき、トランジスタ９
０９が非導通になるので、抵抗６２１と６２２と
の両端には瞬時的にほぼ30−ES２に近い電圧が
印加される。すると、トランジスタ９１０にはそ
れに見合うベース電流が流れて導通する。このた
め、トランジスタ９１０のコレクタには、その電
流増幅率に見合う電流が流れる。このコレクタ電
流の大部分はトランジスタ９０１のベース電流と
なり、またトランジスタ９０１の電流増幅率に見
合う電流がトランジスタ９０１のコレクタ電流と
なる。すなわち抵抗６０２には瞬時的に大きな電
流が流れる。

第３図は抵抗６０２の両端に生じる電圧降下を
図示したものである。この第３図から明らかなよ
うに、主回路電流が長限時引きはずしの設定値以
上であれば、抵抗６０２の電圧降下は第３図ａに
示すごとくになるが、主回路電流が長限時引きは
ずしの設定値以下になると、第３図ｂに示すごと
くになる。すなわち、主回路電流が長限時引きは
ずしの設定値を越えると、抵抗６０２の両端には
ツエナーダイオード７１８のツエナー電圧以上の
高い電圧が瞬間的に現われる。すなわち、結果的
には約30Vに充電されていたコンデンサ８０１の
電荷が、瞬時に10数Ｖの電圧に低下しようとし
て、トランジスタ９０１を通じて放電される。し
たがつて、ツエナーダイオード７１８を介してサ
イリスタ９０８のゲートに電圧が印加され、引き
はずしコイル１０を動作させることになる。すな
わち、誤動作を生じる結果となる。

一方、ツエナーダイオード７１９を接続する
と、このツエナーダイオード７１９のツエナー電
圧がES２よりも約3V程度高く設定されていると
すると、前述のような動作においても抵抗６２２
の両端にはわずかな電圧しか印加されない。すな
わち、トランジスタ９１０にはベース電流が流れ
るが、ツエナーダイオード７１９がない場合に比
べてかなり小さい。したがつて、コンデンサ８０
１の放電電荷がトランジスタ９０１を介して放電
されても抵抗６０２の両端に生じる電圧はそれほ
ど大きくならない。

第４図はツエナーダイオード７１９を接続した
場合における抵抗６０２の両端電圧を示す波形図
であり、第４図ａは主回路電流が長限時設定値以
上の場合を示し第４図ｂは主回路電流が長限時設
定値以下になつた場合を示す。この第４図から明
らかなように、主回路電流が長限時設定値を越え
てもサージ電圧は一応ツエナーダイオード７１９
のツエナー電圧以下におさえることができる。し
かしながら、ツエナーダイオード７１９を接続し
たとしても、主回路電流が長限時設定値以下にな
つたとしても、抵抗６０２の両端電圧のピーク値
を完全におさえることができない。

それゆえに、この考案の主たる目的は、主回路
電流が長限時引きはずしの設定値以下の場合は、
回路の電源コンデンサの端子電圧を低く抑え、設
定値を越えた場合に該コンデンサの端子電圧をを
高くするように構成した回路において、主回路電
流が一旦長限時引きはずしの設定値を越えても、
しや断器が動作する前に長限時引きはずしの設定
値以下になつた場合、誤動作を起してしや断器を
動作させることのない静止形過電流継電器を提供
することである。

この考案を要約すれば、主回路に接続された変
流器よりの２次電流を受けて、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出力の
一方端より、ダイオード，抵抗器，逆流防止用ダ
イオードおよびコンデンサを経て他方端に帰る回
路において、定電圧回路部を構成するトランジス
タおよびトランジスタのコレクタ側に接続された
抵抗の直列回路が前記逆流防止用ダイオードとコ
ンデンサとの直列回路に対して並列に接続し、逆
流防止用ダイオードによつてコンデンサに充電さ
れた電荷が前記トランジスタに放電されるのを阻
止して、このコンデンサの端子電圧を制御電源と
して用いるように構成したものである。

この考案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５図はこの考案の一実施例を示す具体的な電
気回路図である。この第５図は以下の点を除いて
前述の第２図と同じである。すなわち、トランジ
スタ９０１のエミツタと抵抗６０３の一方端とが
直接コンデンサ８０１に接続されずに、ダイオー
ド７０２を介してコンデンサ８０１の一方端に接
続される。すなわち、入力電流発生手段としての
整流回路５の出力端には、ダイオード７０１と可
変抵抗器６２５と抵抗６０１とダイオード７０２
とコンデンサ８０１との直列回路が接続される。
ダイオード７０２は整流回路５の出力をコンデン
サ８０１に充電するための経路を形成するととも
に、コンデンサ８０１の充電電荷が定電圧回路部
を構成するトランジスタ９０１を通して放電する
のを阻止する逆流防止用ダイオードとして作用す
る。そして、コンデンサ８０１の端子電圧がコン
パレータ９０４，９０５およびその他の回路の制
御電源用として用いられる。

このようにして、トランジスタ９０１のエミツ
タおよび抵抗６０３を、ダイオード７０２を介し
てコンデンサ８０１に接続したことにより、主回
路電流が長限時引きはずしの設定値以下になつた
ときに誤動作するのを防止することができる。す
なわち、主回路電流が一旦長限時設定値以上とな
り、コンデンサ８０１が比較的高い電圧（約
30V）になつた後、しや断器が動作する前に主回
路電流が長限時設定値以下になつた場合、コンパ
レータ９０４の出力はハイレベルからローレベル
に切りかわる。その結果、トランジスタ９０９は
非導通状態となり、コンデンサ８０１の充電電荷
は抵抗６２１，ダイオード７２１を経てトランジ
スタ９１０に放電される。ところが、トランジス
タ９１０のコレクタには整流回路５より可変抵抗
器６２５，抵抗６０１および抵抗６０３を経て電
流は流れるが、コンデンサ８０１の充電電荷が放
出されることはない。同様にトランジスタ９０１
に対しても、コンデンサ８０１からの放電電流が
流れることはない。すなわち、コンパレータ９０
４の出力がハイレベルからローレベルに移行した
とき、コンデンサ８０１の端子電圧は比較的高い
電圧（約30V）から比較的低い電圧（約10V）に
なるよう放電されるが、この放電電荷は決して抵
抗６０２を流れることはない。したがつて、主回
路電流が長限時設定値以下になつたとしても、抵
抗６０２の両端にはサージ電圧は発生せず、コイ
ル１０を励磁して誤動作させることはない。

以上のように、この考案によれば、主回路電流
に応じた入力電流を発生する入力電流発生手段出
力の一方端より、ダイオード，抵抗器，逆流防止
用ダイオードおよびコンデンサの直列回路を経て
他端に接続され、電源の定電圧回路部の構成要素
であるトランジスタおよびトランジスタのコレク
タ側に接続された抵抗の直列回路が前記逆流防止
用ダイオードとコンデンサの直列回路と並列にな
るように構成されているため、コンデンサに充電
された電荷は定電圧回路部を構成するトランジス
タおよびそのコレクタ側に接続された抵抗に放出
されることはなく、回路しや断器が誤動作するの
を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の先行技術となる静止形過電
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しかつこの考案の先
行技術となる静止形過電流継電器の電気回路図で
ある。第３図および第４図は主回路電流が長限時
設定値以上の場合および以下になつたときにおけ
る電流波形を示す図である。第５図はこの考案の
一実施例の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、
７０３〜７０５，７０７，７０８，７１４〜７１
６，７１８，７２０，７２２はツエナーダイオー
ド、８０１〜８０６はコンデンサ、９０１〜９０
３，９０６，９０９，９１０はトランジスタ、９
０４，９０５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. 【実用新案登録請求の範囲】 主回路に流れる電流が予め定められた設定値を
   越えたとき、瞬時もしくは所定の遅延時間後に引
   きはずし装置を作動させて前記主回路をしや断す
   るための静止形過電流継電器において、 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を含み、 前記入力電流発生手段出力の一方端よりダイオ
   ードと抵抗と逆流防止用ダイオードおよびコンデ
   ンサを経て他方端に帰る回路において、定電圧回
   路部を構成するトランジスタおよび抵抗の直列回
   路が前記逆流防止用ダイオードおよびコンデンサ
   の直列回路と並列に接続され、前記コンデンサに
   充電された電荷が前記定電圧回路部に放電される
   のを阻止して、該コンデンサの端子電圧を制御電
   源として用いるようにしたことを特徴とする、静
   止形過電流継電器。